CN107930581A - 印刷业废气处理专用活性炭吸附剂及其再生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂及其再生方法，包括：60‑70wt％的活性炭，5‑8wt％的经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒，20‑30wt％的经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，2‑3wt％的动物毛发；其再生方法为：将活性炭于160‑180℃油浴中加热1‑2h，然后在130‑140℃蒸汽内活化5‑10min后快速释放蒸汽压，以上过程中辅以超声波，然后加热干燥冷却，密封保存待用即可；本发明的活性炭吸附剂再生利用率可达79‑89％，可重复再生利用30次以上，再生方法简单，工艺条件要求低，安全易行，作为小型活性炭吸附设备中纯活性炭的良好替代品，能较好的满足小型印刷企业或家庭式印刷作坊的治污需求。

Description

印刷业废气处理专用活性炭吸附剂及其再生方法
技术领域
本发明属于工业废气处理领域，具体涉及一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂及其再生法方。
背景技术
印刷行业的废气中含有大量有机溶剂，在其处理方法中，活性炭吸附法是最有效、使用最广泛的手段之一。活性炭在吸附饱和后需要进行再生处理，之后才能再次投入使用。然而，现有技术中的再生技术手段往往存在工序复杂，占地面积过大，需耗费大量人力物力等缺陷，例如，通常需要将吸附饱和的活性炭转移至专门的再生设备中进行再生，然后将再生后的活性炭再次布置于吸附装备中，操作过程繁琐，劳动强度大。
加热再生法是当前主流的活性炭再生方法，在加热温度在800℃以上时才能取得理想的再生效果，在此过程中不可避免的会发生活性炭的部分氧化，活性炭强度减小，表面细孔也渐渐扩大，灰分杂质变多等现象，严重降低了活性炭的再生利用率。
在当前环境治理呼声越来越高、相关法规越来越严的情况下，在许多小型印刷企业或家庭式印刷作坊中，由于无力购置使用成本高昂、动辄上百万、占地面积大的废气处理设备，往往只能不经任何处理将废气直接排入空气中，对环境造成了严重污染。
小型印刷企业或家庭式印刷作坊常位于人口较为稠密的地点，由于印刷设备小，印刷能力低，生产时间不固定，其产生的废气浓度也相对较小，废气内含有的有机废气种类相对较少。
发明内容
本发明提出一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，包括：60-70wt％的活性炭，5-8wt％的经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒，20-30wt％的经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，2-3wt％的动物毛发。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其中：所述经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒为表面经硅烷处理的泡沫陶瓷颗粒。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其中：所述经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒的粒径为2-5mm。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其中：所述活性炭为细度大于100目的椰壳活性炭。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其中：动物毛发选自猪毛、头发中的一种。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其中：所述经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱是将玻璃纤维切纱在3.0-3.5mg/ml的氧化石墨烯悬浮液中浸提5min，然后在120℃条件下烘干，得到经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱。
一种权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其步骤为：将活性炭于160-180℃油浴中加热1-2h，然后在130-140℃蒸汽内活化5-10min后快速释放蒸汽压，以上过程中辅以超声波，然后加热干燥冷却，密封保存待用。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其中：所述油浴用油选自成本低、燃点高的植物油，如菜籽油。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其中：所述蒸汽为含有0.1％盐酸、压力200-250KPa的饱和水蒸气。
优选的，所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其中：所述超声波频率为50KHz-100KHz。
本发明现对于现有技术，有益效果为：
1、使用成本低，气阻相对于同样细度的纯活性炭小，对低浓度的印刷行业有机废气中的苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、脂类有较好吸附效果。
2、活性炭再生温度低于180℃，在超声条件下，活性炭的再生利用率可达79-89％，可重复再生利用30次以上，消耗能源少，虽然再生利用率没有常规的高温活性炭再生法高，但避免了高温活性炭再生法在多种使用环境下存在的不安全因素。
3、活性炭再生方法简单，工艺条件要求低，安全易行，普通操作人员即可操作，消耗人工少，添加超声设备和压力锅即可自行进行活性炭再生处理；适用于无力添加大型废气处理设备的小型印刷企业或家庭式印刷作坊，作为小型活性炭吸附设备中纯活性炭的良好替代品，能较好的满足小型印刷企业或家庭式印刷作坊的治污需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施；
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加；
实施例1
一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，包括：70wt％的活性炭，8wt％的经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒，20wt％的经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，2wt％的猪毛。
所述经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒为表面经硅烷处理的泡沫陶瓷颗粒，泡沫陶瓷颗粒粒径为2-5mm。
所述活性炭为细度200目的椰壳活性炭。
所述经氧化石墨烯改性的玻璃纤维是将玻璃纤维切纱在3.0mg/ml的氧化石墨烯悬浮液中浸提5min，然后在120℃条件下烘干，得到经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱；所述氧化石墨烯悬浮液的制备方法为：采用Hummers法制备氧化石墨烯，将4L的98％弄硫酸冷却至0℃，加入20g石墨烯、10g硝酸钠和6g高锰酸钾，0℃水浴中磁力搅拌5小时，升温至35℃，反应30min，加去离子水1L，迅速升温至98℃，保持15min，停止加热，用40℃去离子水定容至10L，加入1L30％双氧水和7L5％盐酸酸洗，磁力搅拌5min，离心洗涤(7000r/min离心10min后去掉上清液，搅拌1min，加去离子水再7000r/min离心10min，如此重复3次或更多)至pH为接近中性得到氧化石墨，超声2h，使其充分剥离，制得氧化石墨烯悬浮液。
所添加得猪毛在废气处理过程中由于机器的微小震动会产生部分静电，有助于保持活性炭颗粒的蓬松，防止其在长期使用活性炭结块带来的吸附力丧失，减轻了细度大的活性炭颗粒在使用过程中气阻越来越大的问题。
经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒可以起到辅助的吸附废气和抗结块功能，可以优先吸附部分会造成活性炭吸附力下降、即使经过再生处理难以去除的灰分，从而保护活性炭颗粒的吸附效果不因此降低。
经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱对于超声波有良好的传导作用，有效降低了超声波在活性炭颗粒中传递的衰减，且经3.0mg/ml的氧化石墨烯悬浮液处理的玻璃纤维切纱对于印刷业废气中的苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮等有机成分有着良好的吸附作用，尽管其吸附力不如活性炭，但在本发明再生法方中的再生利用率可达95％以上，与活性炭配合使用，即可使吸附效果能够达到一定的时长，又能保证其再生后吸附效果有令人满意的下限。
实施例2
一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，包括：60wt％的活性炭，8wt％的经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒，30wt％的经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，2wt％的猪毛。
所述经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒为表面经硅烷处理的泡沫陶瓷颗粒，泡沫陶瓷颗粒粒径为2-5mm。
所述活性炭为细度300目的椰壳活性炭。
所述经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱是将玻璃纤维切纱在3.5mg/ml的氧化石墨烯悬浮液中浸提5min，然后在120℃条件下烘干，得到经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱；所述氧化石墨烯悬浮液的制备方法为：采用Hummers法制备氧化石墨烯，将4L的98％弄硫酸冷却至0℃，加入20g石墨烯、10g硝酸钠和6g高锰酸钾，0℃水浴中磁力搅拌5小时，升温至35℃，反应30min，加去离子水1L，迅速升温至98℃，保持15min，停止加热，用40℃去离子水定容至10L，加入1L30％双氧水和7L5％盐酸酸洗，磁力搅拌5min，离心洗涤(7000r/min离心10min后去掉上清液，搅拌1min，加去离子水再7000r/min离心10min，如此重复3次或更多)至pH为接近中性得到氧化石墨，超声2h，使其充分剥离，制得氧化石墨烯悬浮液。
一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其步骤为：将活性炭置于带导管的金属容器中，于180℃油浴中加热1h，然后在138℃蒸汽内活化5min后快速释放蒸汽压，以上过程中辅以100KHz超声波，然后加热干燥冷却，密封保存待用。
油浴过程中脱附出的废气通入洗气罐中进行吸附，洗气罐内装有洗气液，洗气液的上层为豆油，下层为0.1％氢氧化钠溶液，因油浴过程中脱附的废气浓度高，气流小，能在洗气罐内进行较为彻底的吸附，吸附后的洗气液加入生物降解剂降解废气成分后即可重新利用。此法安全易行，但当需再生处理的活性炭吸附剂总量较大时，需要较多的洗气液，此时宜采用压缩燃烧法处理洗脱出来的高浓度废气。
所述油浴用油为菜籽油。
所述蒸汽为含有0.1％盐酸、压力247KPa的饱和水蒸气。
当油浴的温度高于200℃时，会出现油的发烟量大、动物毛发不可逆质变、经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱再生后吸附力下降、安全隐患增加等问题，故将油浴温度控制在160-180℃范围内比较合理。
250KPa是普通商用压力锅所能达到的安全压力上限，在无须添置专业蒸汽压力设备的情况下，在200-250KPa压力下蒸汽的温度表现能够较好的满足印刷业废气处理专用活性炭吸附剂活化的需求。
超声波频率越高，再生效果越好，但当超声波频率超过120KHz时，在油浴过程中部分燃点较低的脱附废气在浓度、空气含量合适的情况下燃烧而发生爆炸，故将超声波频率控制在50-100KHz是出于安全的考量。
对比例1
环境温度31℃，湿度55-60％，废气成分主要包括丙酮和二甲苯；
采用单一变量法，在废气成分相同的前提下，分别选用首次吸附饱和的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，在实施例1的基础上：
使用2.0mg/ml的氧化石墨烯悬浮液制备经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，得到印刷业废气处理专用活性炭吸附剂A；
使用2.5mg/ml的氧化石墨烯悬浮液制备经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，得到印刷业废气处理专用活性炭吸附剂B；
使用4.0mg/ml的氧化石墨烯悬浮液制备经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，得到印刷业废气处理专用活性炭吸附剂C；
使用5.0mg/ml的氧化石墨烯悬浮液制备经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，得到印刷业废气处理专用活性炭吸附剂D；
将印刷业废气处理专用活性炭吸附剂A、B、C、D和实施例1进行测试，用实施例2中的再生方法进行再生，对再生后的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂进行测试，所得结果如下：
由上表可知，当使用浓度3.5mg/ml的氧化石墨烯悬浮液制备经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱时，制得的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂有较好的综合性能，而当继续增大氧化石墨烯悬浮液的浓度时，所收获的增益不大，考虑到氧化石墨烯的制作成本，确定浓度3.0-3.5mg/ml的氧化石墨烯悬浮液是较优选择。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其特征在于：包括：60-70wt％的活性炭，5-8wt％的经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒，20-30wt％的经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱，2-3wt％的动物毛发。
2.如权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其特征在于：所述经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒为表面经硅烷处理的泡沫陶瓷颗粒。
3.如权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其特征在于：所述经表面疏水处理的泡沫陶瓷颗粒的粒径为2-5mm。
4.如权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其特征在于：所述活性炭为细度大于100目的椰壳活性炭。
5.如权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其特征在于：动物毛发选自猪毛、头发中的一种。
6.如权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂，其特征在于：所述经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱是将玻璃纤维切纱在3.0-3.5mg/ml的氧化石墨烯悬浮液中浸提5min，然后在120℃条件下烘干，得到经氧化石墨烯改性的玻璃纤维切纱。
7.一种权利要求1所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其特征在于：将活性炭于160-180℃油浴中加热1-2h，然后在130-140℃蒸汽内活化5-10min后快速释放蒸汽压，以上过程中辅以超声波，然后加热干燥冷却，密封保存待用。
8.如权利要求7所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其特征在于：所述油浴用油选自成本低、燃点高的植物油，如菜籽油。
9.如权利要求7所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其特征在于：所述蒸汽为含有0.1％盐酸、压力200-250KPa的饱和水蒸气。
10.如权利要求7所述的印刷业废气处理专用活性炭吸附剂的再生方法，其特征在于：所述超声波频率为50KHz-100KHz。
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Application publication date: 20180420