CN110013720B - 一种旋转强化除尘的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转强化除尘的方法，包括如下步骤：将均匀的含尘气体送入旋转填料床中，再将复合除尘剂水溶液送入旋转填料床中，含尘气体和复合除尘剂水溶液在旋转填料床的填料层接触反应以脱除含尘气体中的细颗粒物，反应后排出含尘液体和净化空气；复合除尘剂的原料包括：环糊精‑碳复合物、酶解蛋白复合物、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇2000、椰油酰胺基丙基甜菜碱。环糊精‑碳复合物采用如下工艺制备：将环糊精和蔗糖溶于水中，接着进行水热反应得到环糊精‑碳复合物。酶解蛋白复合物采用如下工艺制备：将蔗糖和芝麻蛋白溶于水中，水浴反应，冷却，调节至中性加入中性蛋白酶进行酶解，灭酶得到酶解蛋白复合物。

Description

一种旋转强化除尘的方法
技术领域
本发明涉及大气环境治理技术领域，尤其涉及一种旋转强化除尘的方法。
背景技术
近年来，随着工业的发展，工业废气的排放量在逐年增加。我国的工业污染在环境污染中约占70%，其中有害气体是主要的工业污染源之一。2010年，我国工业废气排放总量为519168亿立方米，二氧化硫排放总量为2185.1万吨，工业二氧化硫排放量为1864.4万吨，工业二氧化硫去除量3304万吨，工业烟尘排放量603.2万吨，生活烟尘排放量225.9万吨，工业烟尘去除量38941.4万吨，粉尘排放量为448.7万吨；2011年我国二氧化硫排放量为2217.91万吨，比上年增加了32.81万吨，烟(粉尘)排放量为1278.83万吨。
废气中的粉尘是空气污染的主要形式之一，尤其是工矿企业生产过程中产生的粉尘、废气直接伤害工人的健康，污染环境。目前每年排放的粉尘量超过3000万吨，是形成雾霾的主要原因。目前，常用的重力除尘、旋风除尘、湿法除尘、布袋除尘、静电除尘等工艺存在处理能力差，处理效率低，处理成本高、设备加工复杂，企业负担重等缺陷，还存在粉尘的二次污染问题。并且也无法满足对PM2.5分离的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种旋转强化除尘的方法。
一种旋转强化除尘的方法，包括如下步骤：将均匀的含尘气体送入旋转填料床中，再将复合除尘剂水溶液送入旋转填料床中，含尘气体和复合除尘剂水溶液在旋转填料床的填料层接触反应以脱除含尘气体中的细颗粒物，反应后排出含尘液体和净化空气，复合除尘剂的原料包括环糊精-碳复合物、酶解蛋白复合物、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇2000及椰油酰胺基丙基甜菜碱。
优选地，复合除尘剂水溶液的质量分数为0.3-0.6%。
具体参照中国专利《一种超重力脱除气体中细颗粒物的装置和方法》，申请号为201610118824.8，申请日为2016年03月03日，公开号为CN105642062A，公开日为2016年06月08日。
优选地，复合除尘剂的原料按质量百分比包括：环糊精-碳复合物40-60%，酶解蛋白复合物20-30%，十二烷基硫酸钠5-10%，聚乙二醇2000 5-10%，椰油酰胺基丙基甜菜碱5-10%。
优选地，环糊精-碳复合物采用如下工艺制备：将环糊精和蔗糖溶于水中，接着进行水热反应得到环糊精-碳复合物。
优选地，环糊精-碳复合物的制备工艺中，环糊精和蔗糖的质量比为100-120：35-38。
优选地，环糊精-碳复合物的制备工艺中，水热反应温度为220-260℃，水热反应时间为2-4h。
优选地，酶解蛋白复合物采用如下工艺制备：将蔗糖和芝麻蛋白溶于水中，水浴反应，冷却，调节至中性加入中性蛋白酶进行酶解，灭酶得到酶解蛋白复合物。
优选地，酶解蛋白复合物的制备工艺中，蔗糖和芝麻蛋白的2-3：4-5。
优选地，酶解蛋白复合物的制备工艺中，水浴温度为80-90℃，反应时间为100-110min。
优选地，酶解蛋白复合物的制备工艺中，中性蛋白酶的比活力为10000-15000U/g，中性蛋白酶与芝麻蛋白的质量比为7-10：100，酶解温度为35-37℃，酶解时间为20-30min，酶解过程中维持pH值为7.0。
优选地，旋转填料床的参数如下：超重力因子为50-90，液体喷淋密度为4-6m3/（m2·h），气速为1.5-3m/s。
由于超重力技术的广泛适用性，以及具有传统设备所不具有的体积小、质量轻、能耗低、易运转、易维修、安全、可靠、灵活及更能适应环境等优点，使超重力技术在冶金、生物、化工、能源、材料、环保等工业领域中有广阔的商业化应用前景。
本发明可代替传统湿法除尘水洗塔，缩小其体积，显著提高除尘效率；适用于高温、高湿、高含尘、易结块含尘废气净化处理；可适用于振动较大的环境；适用于金属冶炼炉高温、带有火星、布袋除尘无法解决的特殊除尘。
虽然参照专利中采用表面活性剂进行超重力湿法除尘，但仍然存在除尘效率不高、适应性差的问题。本发明的复合除尘剂的表面张力低，可达22mN/m，其发泡高度可达200-220mm，接触角为20-25°，复合除尘剂受到离心力的作用分散到旋转的填料上，形成大量的泡沫粒子群，具有更大的总面积和总体积，更小的表面张力，复合除尘剂中的分子或者离子通过静电吸引、氢键及色散力等作用吸附到粉尘表面，接着游离的分子或离子与已吸附的分子或离子通过烷基链之间的疏水相互作用形成半胶团吸附，导致吸附量迅速增加直至吸附达到平衡状态。本发明采用复合除尘剂与旋转填料床相互配合，在超重力因子为50-90，液体喷淋密度为4-6m3/（m2·h），气速为1.5-3m/s的条件下，本发明的复合除尘剂几乎可以捕集所有与其相遇的粉尘，尤其对细颗粒物具有更强的凝聚能力，可以显著降低液气比和转速，提高旋转填料床对细颗粒物的脱除效率。
本发明的复合除尘剂中，环糊精-碳复合物和酶解蛋白复合物的吸附能力最强，通过羟基的氢键作用和通过静电吸引作用发生离子对吸附，亲水基吸附于粉尘表面，而疏水基朝向液相，而当环糊精-碳复合物和酶解蛋白复合物在固液界面发生主动吸附，十二烷基硫酸钠、聚乙二醇2000、椰油酰胺基丙基甜菜碱被动的出现较大的吸附，使十二烷基硫酸钠、聚乙二醇2000、椰油酰胺基丙基甜菜碱穿插到环糊精-碳复合物和酶解蛋白复合物表面，降低同种电性基团之间的电性排斥，使得表面活性剂分子排列更加紧密，吸附量显著增大。
由于环糊精分子的形状为上宽下窄、两端开口的中空筒状圆环，环的内侧由两圈氢原子及一圈糖苷键的氧原子处于C-H键的屏蔽之下组成，是一疏水的空腔；而环的外侧由于羟基的聚集而呈亲水性；本发明的环糊精-碳复合物采用蔗糖分子装配在环糊精的空腔中，通过水热反应使空腔中的蔗糖脱水形成碳球，同时所得碳球表面含有大量活性含氧基团，能与环糊精内侧结合。本发明的环糊精-碳复合物在除尘过程中，一方面通过氢键和静电吸引来吸附粉尘，另一方面碳球通过极高的比表面积，将极小的细颗粒物吸附入孔隙中，提高本发明对细颗粒物的脱除效率。而酶解蛋白复合物采用蔗糖作为还原性糖，与芝麻蛋白进行美拉德反应，蛋白质分子结构部分展开，结构中的ε-氨基逐步暴露，蔗糖与芝麻蛋白受热逐步结合，接枝度逐渐提高，接着采用中性蛋白酶进行酶解，产生许多可溶性小分子多肽，暴露出解离基团，使溶液中静电荷数量增加，从而减少蛋白沉淀聚集的发生，适度酶解将包埋于芝麻蛋白内部的疏水基团暴露出来，从而达到亲/疏水平衡，一方面蛋白质疏水侧链伸展于油相中，另一方面通过蔗糖接枝引入的羟基伸展处于水相一侧，从而降低界面张力，提高发泡性能，在除尘过程中，更利于吸附、包裹粉尘，提高除尘效率。
本发明的总除尘效率高达99.8%，分级效率也进一步得到提高，PM2.5的脱除率可达98.5%，PM1.0的脱除率可达94.7%。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种旋转强化除尘的方法，包括如下步骤：将均匀的含尘气体送入旋转填料床中，再将复合除尘剂水溶液送入旋转填料床中，旋转填料床的参数如下：超重力因子为50，液体喷淋密度为4m3/（m2·h），气速为1.5m/s；
含尘气体和复合除尘剂水溶液在旋转填料床的填料层接触反应以脱除含尘气体中的细颗粒物，反应后排出含尘液体和净化空气，复合除尘剂水溶液的质量分数为0.3%。
复合除尘剂的原料按质量百分比包括：环糊精-碳复合物60%，酶解蛋白复合物24%，十二烷基硫酸钠5%，聚乙二醇2000 6%，椰油酰胺基丙基甜菜碱5%。
环糊精-碳复合物采用如下工艺制备：按重量份将102份环糊精、36份蔗糖溶于水中，接着进行水热反应，水热反应温度为223℃，水热反应时间为2h，得到环糊精-碳复合物。
酶解蛋白复合物采用如下工艺制备：按重量份将2份蔗糖、4份芝麻蛋白溶于水中，水浴反应，水浴温度为81℃，反应时间为100min，冷却，调节至中性加入中性蛋白酶进行酶解，灭酶得到酶解蛋白复合物。
采用某水泥厂排放尾气进行试验，粉尘浓度约为10g/m3，处理气量为500m3/h。采用实施例1除尘后，总除尘效率为98.7%，PM2.5的脱除率为97.3%，PM1.0的脱除率为92.6%。
实施例2
一种旋转强化除尘的方法，包括如下步骤：将均匀的含尘气体送入旋转填料床中，再将复合除尘剂水溶液送入旋转填料床中，旋转填料床的参数如下：超重力因子为55，液体喷淋密度为5m3/（m2·h），气速为1.8m/s；
含尘气体和复合除尘剂水溶液在旋转填料床的填料层接触反应以脱除含尘气体中的细颗粒物，反应后排出含尘液体和净化空气，复合除尘剂水溶液的质量分数为0.3-0.6%。
复合除尘剂的原料按质量百分比包括：环糊精-碳复合物42%，酶解蛋白复合物28%，十二烷基硫酸钠10%，聚乙二醇2000 10%，椰油酰胺基丙基甜菜碱10%。
环糊精-碳复合物采用如下工艺制备：按重量份将118份环糊精、38份蔗糖溶于水中，接着进行水热反应，水热反应温度为260℃，水热反应时间为4h，得到环糊精-碳复合物。
酶解蛋白复合物采用如下工艺制备：按重量份将2.6份蔗糖、4.8份芝麻蛋白溶于水中，水浴反应，水浴温度为90℃，反应时间为110min，冷却，调节至中性加入中性蛋白酶进行酶解，灭酶得到酶解蛋白复合物。
使用2000目的粉煤灰模拟浓度为15g/m3的含尘气体，处理气量为700m3/h。采用实施例2除尘后，总除尘效率为99.8%， PM2.5的脱除率为98.5%，PM1.0的脱除率为93.9%。
实施例3
一种旋转强化除尘的方法，包括如下步骤：将均匀的含尘气体送入旋转填料床中，再将复合除尘剂水溶液送入旋转填料床中，旋转填料床的参数如下：超重力因子为65，液体喷淋密度为5m3/（m2·h），气速为2.4m/s；
含尘气体和复合除尘剂水溶液在旋转填料床的填料层接触反应以脱除含尘气体中的细颗粒物，反应后排出含尘液体和净化空气，复合除尘剂水溶液的质量分数为0.5%。
复合除尘剂的原料按质量百分比包括：环糊精-碳复合物53%，酶解蛋白复合物24%，十二烷基硫酸钠8%，聚乙二醇2000 7%，椰油酰胺基丙基甜菜碱8%。
环糊精-碳复合物采用如下工艺制备：按重量份将112份环糊精、36份蔗糖溶于水中，接着进行水热反应，水热反应温度为250℃，水热反应时间为3h，得到环糊精-碳复合物。
酶解蛋白复合物采用如下工艺制备：按重量份将2.8份蔗糖、4.6份芝麻蛋白溶于水中，水浴反应，水浴温度为85℃，反应时间为106min，冷却，调节至中性加入中性蛋白酶进行酶解，灭酶得到酶解蛋白复合物。
在某火力发电厂排放尾气进行试验，粉尘浓度约为15g/m3，处理气量为1000m3/h，采用实施例3除尘后，总除尘效率为98.6%， PM2.5的脱除率为97.2%，PM1.0的脱除率为94.7%。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种旋转强化除尘的方法，包括如下步骤：将均匀的含尘气体送入旋转填料床中，再将复合除尘剂水溶液送入旋转填料床中，含尘气体和复合除尘剂水溶液在旋转填料床的填料层接触反应以脱除含尘气体中的细颗粒物，反应后排出含尘液体和净化空气，其特征在于，复合除尘剂的原料包括环糊精-碳复合物、酶解蛋白复合物、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇2000及椰油酰胺基丙基甜菜碱；
环糊精-碳复合物采用如下工艺制备：将环糊精和蔗糖溶于水中，接着进行水热反应得到环糊精-碳复合物；
酶解蛋白复合物采用如下工艺制备：将蔗糖和芝麻蛋白溶于水中，水浴反应，冷却，调节至中性加入中性蛋白酶进行酶解，灭酶得到酶解蛋白复合物。
2.根据权利要求1所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，复合除尘剂水溶液的质量分数为0.3-0.6％。
3.根据权利要求1所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，复合除尘剂的原料按质量百分比包括：环糊精-碳复合物40-60％，酶解蛋白复合物20-30％，十二烷基硫酸钠5-10％，聚乙二醇2000 5-10％，椰油酰胺基丙基甜菜碱5-10％。
4.根据权利要求1所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，环糊精-碳复合物的制备工艺中，环糊精和蔗糖的质量比为100-120：35-38。
5.根据权利要求1所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，环糊精-碳复合物的制备工艺中，水热反应温度为220-260℃，水热反应时间为2-4h。
6.根据权利要求1所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，酶解蛋白复合物的制备工艺中，蔗糖和芝麻蛋白的2-3：4-5。
7.根据权利要求1所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，酶解蛋白复合物的制备工艺中，水浴温度为80-90℃，反应时间为100-110min。
8.根据权利要求1-7任一项所述旋转强化除尘的方法，其特征在于，旋转填料床的参数如下：超重力因子为50-90，液体喷淋密度为4-6m3/(m2·h)，气速为1.5-3m/s。
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