CN105233631A

CN105233631A - 一种水包油型乳化液的制备及其在有机废气治理中的应用

Info

Publication number: CN105233631A
Application number: CN201510762795.4A
Authority: CN
Inventors: 方平; 岑超平; 唐志雄; 陈定盛; 陈雄波; 唐子君; 黄建航; 钟佩怡
Original assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Current assignee: South China Institute of Environmental Science of Ministry of Ecology and Environment
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2015-11-10
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种水包油型乳化液的制备及其在有机废气治理中的应用。所述水包油型乳化液由以下按质量百分比计的组分组成：油1～20％、乳化剂0.1～5.0％、添加剂0～1.0％、水余量。所述制备方法包括以下步骤：在搅拌的条件下，将乳化剂溶于水，并加热至20～60℃，然后加入油，搅拌0.5h，随后再加入添加剂搅拌0.5～1.5h，得到所述水包油型乳化液。本发明水包油型乳化液原料来源方便，价格低廉，运输、存储、制备和使用简单且安全，生产成本低。并且，本发明水包油型乳化液应用工艺简便，污染物去除效率高，无起泡问题，应用领域广泛。本发明乳化液对芳香烃类去除效率≥90％，酯类去除效率≥90％，酮类去除率≥90％，烃类去除率≥80％。

Description

一种水包油型乳化液的制备及其在有机废气治理中的应用

技术领域

本发明属于大气污染控制技术领域，具体涉及一种水包油型乳化液的制备及其在有机废气治理中的应用。

背景技术

近年来，我国大气污染形势日渐严峻，中东部和珠三角地区雾霾天气频发，PM2.5严重超标，而工业生产排放的挥发性有机化合物(VOCs)是其主要诱因之一。研究表明，我国工业源VOCs排放占人为源VOCs排放量的30％以上，其中珠三角地区工业源VOCs排放贡献率更是高达50％。工业源不仅VOCs排放贡献率高，同时还具有行业众多、原料种类多样、废气量大、排放的挥发性有机化合物成分复杂等特点。我国政府在《大气污染防治行动计划》和大气污染防治“十二五”规划等文件中明确指出开展工业VOCs排放治理，并明确了重点行业VOCs减排目标。

由于我国针对有机废气净化技术研究和应用起步晚，目前存在处理方法少、技术不成熟、投资大、运行费用高等问题。虽然迫于环境压力，目前国内大部分企业都建设了有机废气治理装置，采用的技术包括活性炭吸附法、吸收法、催化燃烧法、低温等离子体、微生物处理法等，其中活性炭吸附法、催化燃烧法和吸收法工艺应用较多，但上述工艺在实际运行过程中均存在一系列问题，如活性炭价格高再生困难且易堵塞、贵金属催化剂价格昂贵易中毒、吸收法吸收效率低等，使得很大一部分工程在实际运行中未到达VOCs治理预期。因此，目前国内缺乏有效VOCs治理技术的现状阻碍了我国工业VOCs治理计划的实施。因此，如能开发一种广适的、经济高效的工业VOCs治理技术并推广应用，则将有效改善我国工业VOCs治理现状，推动VOCs治理行业的发展。

发明内容

为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种用于有机废气吸收的水包油型乳化液。

本发明的另一目的在于提供上述水包油型乳化液的制备方法。

本发明的再一个目的在于提供上述水包油型乳化液在治理有机废气中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于有机废气吸收的水包油型乳化液，所述水包油型乳化液由以下按质量百分比计的组分组成：

所述用于有机废气吸收的水包油型乳化液中，所述油的质量百分比可以具体优选为1～15％、1～10％、1～8％、1～5％、5～15％、5～10％、8～15％、8～10％、5～8％、5～20％、8～20％以及15～20％；所述乳化剂的质量百分比具体可以优选为0.1～5％、0.1～3％、0.1～2.5％、0.1～2％、0.1～1.5％、1.5～3％、1.5～2.5％、1.5～2％、1.5～5％、2～2.5％、2～3％、2～5％、2.5～3％、2.5～5％以及3～5％；所述添加剂的质量百分比具体可以优选为0～1％、0～0.1％、0～0.5％、0.1～0.5％、0.1～1％以及0.5～1％。

优选的，所述油为机油、柴油、白油和棕榈油中的至少一种。

本发明中所述的机油，又称润滑油，一般用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦，保护机械及加工件。现有市场上各种型号的机油及其使用后的废机油均能实现本发明目的，例如牌号为5W-20、10W-30的机油以及其废机油等。

优选的，所述乳化剂为吐温80和司班80中的至少一种。

优选的，所述添加剂为硫酸钠、尿素、乙醇和正辛醇中的至少一种。

最优选的，所述水包油型乳化液由以下按质量百分比计的组分组成：

上述水包油型乳化液的制备方法，包括以下步骤：在搅拌的条件下，将乳化剂溶于水，并加热至20～60℃，然后加入油，搅拌0.5h，随后再加入添加剂搅拌0.5～1.5h，得到所述乳化液。

上述水包油型乳化液在有机废气治理中的应用，包括以下步骤：首先将水包油型乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下，同时有机废气由吸收塔底部经导流板引流高速旋流进入，自下而上运行，有机废气和水包油型乳化液在吸收塔中逆流接触，有机废气中的粉尘、VOCs等污染物被水包油型乳化液吸收去除，净化后的有机废气经除雾后由烟囱达标排放，而水包油型乳化液循环使用，当水包油型乳化液吸收饱和之后可经过萃取回收有机化合物，同时再生之后的水包油型乳化液循环利用，也可直接排入废水处理系统处理达标排放。

本发明的原理在于：本发明以吸收法理论为基础，以相似相溶原理为指导，将油和水制成乳化液，同时为了增大乳化液的稳定性，加入一定量的乳化剂，乳化剂能明显降低油水界面张力，使分散相能稳定在连续相中。此外由于乳化剂是一种表面活性剂，其溶于水会形成具有增溶作用的表面活性剂胶束，其对有机废气也具有一定溶解性能，因此能增加有机废气的溶解度、延长乳化液的吸收使用时间。此外，添加醇能增加乳化剂胶束核体积，加入NaCl、Na₂SO₄等无机盐电解质能够降低表面活性剂胶束浓度，增加胶束聚集数，增大胶束体积，因此能够提高乳化液对VOCs的吸收率和延长吸收平衡时间。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)本发明水包油型乳化液具有安全稳定性好、不易挥发、无腐蚀性、闪点较高、黏度较低等特点；

(2)本发明水包油型乳化液原料来源方便，价格低廉，运输、存储、制备和使用简单且安全，生产成本低；

(3)本发明水包油型乳化液应用工艺简便，可直接利用现有吸收设施或是经过简单改造即可运行实施，实际运行中根据不同污染物类型和浓度调整乳化液组分配比，整体工艺简单，操作运行容易，污染物去除效率高，且无起泡问题。本发明水包油型乳化液对芳香烃类去除效率≥90％，酯类去除效率≥90％，酮类去除率≥90％，烃类去除率≥80％；

(4)本发明水包油型乳化液除可广泛应用于电子、金属制品、家具、喷涂等行业VOCs治理外，还可应用于生物质锅炉、固废焚烧炉等排放烟气中VOCs的治理，具有适用范围广，经济高效等优点。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

某喷涂厂有机废气，风量为5000m³/h，废气温度为45℃，主要成分为苯20-50mg/m³，平均浓度为35mg/m³；甲苯100-150mg/m³，平均浓度为125mg/m³；二甲苯浓度为100～200mg/m³，平均浓度为150mg/m³；正己烷浓度为50-150mg/m³，平均浓度为100mg/m³；正庚烷浓度为50-100mg/m³，平均浓度为75mg/m³。

采用液体吸收法对上述喷涂有机废气进行治理，吸收塔采用填料塔。首先将乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下，同时有机废气由吸收塔底部经导流板引流高速旋流进入，自下而上运行，有机废气和乳化液在吸收塔中逆流接触，有机废气中苯、甲苯等污染物被乳化液吸收去除，净化后的有机废气经除雾后由烟囱达标排放，而乳化液循环使用，当乳化液吸收饱和之后可经过萃取回收有机化合物，同时再生之后的乳化液循环利用。乳化液制备、组成及污染物净化效果见表1。

表1实施例1中乳化液制备、组成及污染物净化效果

从表1可见实施例1得到的系列乳化液对喷涂有机废气均具有很好的去除效果。

实施例2

某家具厂排放有机废气，风量为4000m³/h，废气温度为45℃，主要成分为正己烷浓度为50-150mg/m³，平均浓度为100mg/m³；乙酸乙酯浓度为100-200mg/m³，平均浓度为125mg/m³，乙酸丁酯浓度为100-200mg/m³，平均浓度为127mg/m³。

采用液体吸收法对上述家具有机废气进行治理，吸收塔采用填料塔。首先将乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下，同时有机废气由吸收塔底部经导流板引流高速旋流进入，自下而上运行，有机废气和乳化液在吸收塔中逆流接触，有机废气中正己烷、酯类等污染物被乳化液吸收去除，净化后的有机废气经除雾后由烟囱达标排放，当乳化液吸收饱和之后直接排入废水处理系统处理达标排放。乳化液制备、组成及污染物净化效果见表2。

表2实施例2中乳化液制备、组成及污染物净化效果

从表1可见实施例2得到的系列乳化液对家具有机废气均具有很好的去除效果。

实施例3

某线路板厂排放有机废气，风量为5000m³/h，废气温度为40℃，主要成分为甲苯浓度为50-130mg/m³，平均浓度为85mg/m³；乙酸丁酯浓度为50-120mg/m³，平均浓度为74mg/m³；二甲苯浓度为60-120mg/m³，平均浓度为76mg/m³。

采用液体吸收法对上述线路板厂有机废气进行治理，吸收塔采用填料塔。首先将乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下，同时有机废气由吸收塔底部经导流板引流高速旋流进入，自下而上运行，有机废气和乳化液在吸收塔中逆流接触，有机废气中甲苯、酯类等污染物被乳化液吸收去除，净化后的有机废气经除雾后由烟囱达标排放，而乳化液循环使用，当乳化液吸收饱和之后可经过萃取回收有机化合物，同时再生之后的乳化液循环利用。乳化液制备、组成及污染物净化效果见表3。

表3实施例3中乳化液制备、组成及污染物净化效果

从表1可见实施例3得到的系列乳化液对线路板厂有机废气均具有很好的去除效果。

实施例4

某金属制品厂排放有机废气，风量为8000m³/h，废气温度为40℃，主要成分二甲苯浓度为25-95mg/m³，平均浓度为53mg/m³；乙酸乙酯浓度为17-72mg/m³，平均浓度为43mg/m³；乙苯浓度为40-120mg/m³，平均浓度为68mg/m³。

采用液体吸收法对上述金属制品厂有机废气进行治理，吸收塔采用填料塔。首先将乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下，同时有机废气由吸收塔底部经导流板引流高速旋流进入，自下而上运行，有机废气和乳化液在吸收塔中逆流接触，有机废气中二甲苯、酯类等污染物被乳化液吸收去除，净化后的有机废气经除雾后由烟囱达标排放，当乳化液吸收饱和之后直接排入废水处理系统处理达标排放。乳化液制备、组成及污染物净化效果见表4。

表4实施例4中乳化液制备、组成及污染物净化效果

从表1可见实施例4得到的系列乳化液对金属制品厂有机废气均具有很好的去除效果。

实施例5

某35t/h生物质锅炉烟气总量为6.0万m³/h，测得净化前烟气中TVOCs平均浓度为110mg/m³，其中酮类平均浓度35mg/m³，芳香烃类平均浓度15mg/m³，酯类10mg/m³，卤代烃类50mg/m³。

乳化液制备方法为：在搅拌的条件下，称取2％的乳化剂吐温80和0.5％的乳化剂司班80溶于一定量的水中(占总量的92.4％)，并加热至40℃，然后加入5％的白油，搅拌0.5h，随后再加入0.1％的添加剂正辛醇，继续搅拌1h，得到有机废气吸收乳化液。

采用液体吸收法对上述生物质烟气进行治理，吸收塔采用填料塔(尺寸为塔高15m，塔直径为3m，气体停留时间>4s)。首先乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下，同时生物质烟气由吸收塔底部经导流板引流高速旋流进入，自下而上运行，有机废气和乳化液在吸收塔中逆流接触，有机废气中酮类、芳香烃类、酯类、卤代烃类污染物被乳化液吸收去除，最终上述污染物平均去除率分别达到99.2％、96.3％、98.7％、92.1％，酮类、芳香烃类、酯类、卤代烃类污染物出口平均浓度分别为0.28mg/m³、0.56mg/m³、0.13mg/m³、3.95mg/m³，总TVOCs排放量为4.92mg/m³，平均去除率为95.5％。最终净化后的烟气经除雾后由烟囱达标排放，当乳化液吸收饱和之后直接排入废水处理系统处理达标排放。

可见本发明专利得到的乳化液对生物质烟气中TVOCs均具有很好的去除效果。

对比例1(吸收法去除有机废气)

吸收剂选择常见的表面活性剂吐温-20，其中吐温-20使用5％，剩余为水。

采用本对比例所述技术方案后测得吸收塔之后废气中苯浓度为16.5mg/m³；甲苯53mg/m³；二甲苯浓度为65mg/m³；正己烷浓度为72mg/m³；正庚烷浓度为45mg/m³。计算得到苯去除率为52.9％；甲苯去除率为48％；二甲苯去除率为56.7％；正己烷去除率为28％；正庚烷去除率为40.0％。

从对比例1可见，现有表面活性剂对各有机废气的吸收效果明显比本发明的乳化液差。此外，表面活性剂吐温20在运行过程中会产生大量气泡，对系统正常运行产生严重影响，同时对环境也产生二次污染。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水包油型乳化液，其特征在于，所述水包油型乳化液由以下按质量百分比计的组分组成：

2.根据权利要求1所述的水包油型乳化液，其特征在于，所述油为机油、柴油、白油和棕榈油中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的水包油型乳化液，其特征在于，所述机油为牌号为5W-20、10W-30及其废机油中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的水包油型乳化液，其特征在于，所述乳化剂为吐温80和司班80中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的水包油型乳化液，其特征在于，所述添加剂为硫酸钠、尿素、乙醇和正辛醇中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的水包油型乳化液，其特征在于，所述水包油型乳化液由以下按质量百分比计的组分组成：

7.权利要求1所述的水包油型乳化液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在搅拌的条件下，将乳化剂溶于水，并加热至20～60℃，然后加入油，搅拌0.5h，随后再加入添加剂搅拌0.5～1.5h，得到所述水包油型乳化液。

8.权利要求1所述的水包油型乳化液在有机废气治理中的应用。

9.根据权利要求7所述的水包油型乳化液在有机废气治理中的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：将水包油型乳化液由循环水泵抽送至吸收塔顶端，雾化喷淋而下；同时有机废气由吸收塔底部经导流板引流旋流进入，自下而上运行；有机废气和水包油型乳化液在吸收塔中逆流接触净化有机废气；净化后的有机废气经除雾后由烟囱达标排放，水包油型乳化液吸收饱和之后经过萃取回收有机化合物或直接排入废水处理系统处理达标排放。