CN111991992B - 一种有机废气吸收液及制备方法 - Google Patents

一种有机废气吸收液及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及废气处理技术领域内一种有机废气吸收液及制备方法。本发明吸收液的原料组分及重量含量如下，水：78.7%～89.4%、表面活性剂：0.5%～1%、耦合剂：10%～20%、助剂：0.1%～0.3%，在室温条件下，将表面活性剂溶解于水中，搅拌均匀，制得浓度为0.5～1%的表面活性剂水溶液，在搅拌条件下表面活性剂溶液中加入消泡剂，搅拌均匀，使消泡剂均匀的分散在表面活性剂水溶液中，得到消泡剂/表面活性剂混合液，在搅拌条件下向消泡剂/表面活性剂混合液中先加入无机盐，然后再加入耦合剂，搅拌均匀，得到有机废气吸收液；本发明的方法制备的有机废气吸收液，废气吸收效率高、成本低，对环境友好。

Description

一种有机废气吸收液及制备方法
技术领域
本发明涉及废气处理技术领域，特别涉及一种用于吸收有机废气的吸收液及制备方法。
背景技术
工业有机废气一般含有甲苯、乙酸乙酯、石油醚等有害物质，有机废气引发的雾霾现象、光化学烟雾、恶臭等污染，对我国环境造成了严重的影响，人们的日常出行以及身体健康也受到了严重的威胁。过去几十年里，有机废气治理技术发展迅速，从活性炭吸附分离的物理法到微生物降解转化的生物法，光催化、等离子等技术在实验室尾气的治理领域也得到了快速的发展，但这些方法对于处理有机废气有一些不足：设备投资与运行费用较高（直接燃烧、RTO、RCO等）、处理浓度较低（生物法、光催化氧化技术、低温等离子技术等）、难处理的二次污染（吸附法、冷凝法等）。而吸收法处理VOCs具备环保、安全稳定性高、运行费用低等优点，因此，开发出一种高效、经济无污染的新型吸收液是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的的首要目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种有机废气吸收液，废气吸收效率高、成本低，对环境友好。
为解决以上技术问题，本发明的一种有机废气吸收液，该吸收液的原料组分及重量含量如下，水：78.7%～89.4%、表面活性剂：0.5%～1%、耦合剂：10%～20%、助剂：0.1%～0.3%。
相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：①利用添加入水中的表面活性剂可以紧密的排列在水的表面，极大的降低水的表面张力，有效的提高溶液本身对挥发性有机废气的溶解性。②表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，具备着低Krafft点、高效的水溶性、临界胶束浓度较低等优点，低Krafft点使其水溶液温度在-5℃依然可以保持较高的活性，高效的水溶性使得表面活性剂分子更紧密的排列在水的表面，较低的临界胶束浓度使得表面活性剂具有较高的使用效率。③N,N-二甲基乙酰胺或者聚乙二醇可溶于水和有机溶剂，降低了表面活性剂水溶液内部的极性，使挥发性有机废气溶于溶液后受到的排斥力更小，分布更均匀，有效的增大了溶解量。④无机盐可以使表面活性剂水溶液的表面活性提高，进一步降低表面活性剂的临界胶束浓度。⑤聚醚类消泡剂，可以有效的降低表面活性剂的发泡性，使其更好的溶解于水中。
作为本发明的优选方案，所述有机废气吸收液的制备方法，包括以下步骤：
1）在室温条件下，将表面活性剂溶解于水中，搅拌均匀，制得浓度为0.5%～1%的表面活性剂水溶液；
2）在搅拌条件下向步骤1）的表面活性剂溶液中加入消泡剂，搅拌均匀，使消泡剂均匀的分散在表面活性剂水溶液中，得到消泡剂/表面活性剂混合液；
3）在搅拌条件下向步骤2）的消泡剂/表面活性剂混合液中先加入无机盐，然后再加入耦合剂，搅拌均匀，得到有机废气吸收液。
进一步地，步骤1）中，所述表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，所述季铵盐阳离子表面活性剂为二聚季铵盐阳离子表面活性剂或者三聚季铵盐阳离子表面活性剂。本发明中。
进一步地，步骤2）中，所述消泡剂为聚醚类消泡剂，本发明中聚醚类消泡剂在水中自乳化，吸附到泡沫表面，降低泡沫的表面张力使泡沫破裂来达到消泡作用。
进一步地，步骤3）中，所述无机盐为NaCl、KCl、NaSO4中的一种，所述耦合剂为N,N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇中的一种或两种。本发明中，无无机盐加入表面活性剂水溶液中，表面活性剂水溶液的胶团数得到了增加，从而对烃类有机物的吸收能力变强，当季铵盐阳离子表面活性剂水溶液中加入极性比较小的耦合剂有机物时，其水溶液的胶团体积增大，这是极性小的有机物进入胶团内核增溶的效果，从而使得水溶液对非极性有机物的吸收容量得到增大。
进一步地，所述聚乙二醇分子量为200～400，本发明中，聚乙二醇为非离子型的水溶性聚合物，分子量低的聚乙二醇的粘度低，物质配伍性较好，但随着分子量的增大，其吸湿能力相应降低。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的吸收液对三种挥发性有机物的吸收效率曲线变化图。
图2为本发明实施例1制备的吸收液对三种挥发性有机物的饱和吸收容量曲线变化图。
具体实施方式
实施例1
某高校化学楼排放的有机废气，其主要的挥发性有机物平均排放浓度为：氯苯20～100 mg/m3，甲苯200～500 mg/m3，二甲苯100～300mg/m3，实验中，进气量为80 L/min，吸收液温度为25℃，改变有机废气进气浓度为500 mg/m3、1000 mg/m3、1500 mg/m3、2000 mg/m3，探讨不同进气浓度下，本研究自制有机废气吸收液对有机废气的吸收效果。
有机废气吸收液组成（以质量分数计）：二聚季铵盐表面活性剂1%，分子量200的聚乙二醇20%，氯化钾0.3%，聚醚类消泡剂0.1%，其余为水。
实验所用吸收装置的主要参数为：吸收塔高2.5m，塔直径0.6m，填料层高度1.4m；吸收液高度1.8m。
吸收过程如下：将制备好的吸收液由进液口装入吸收塔内；有机废气由集气罩通入吸收塔，在填料层与吸收液充分接触，完成吸收过程；经检测，净化后有机废气浓度低于40mg/m3，达标排放；若出口有机废气浓度高于40mg/m3，认为吸收液已饱和，更换吸收液；该吸收液所吸收的有机废气类别单一，可使用蒸馏的方式回收，蒸馏后的吸收液供循环使用，分析测试如图1和图2。
实施例2
某高校化学楼排放的有机废气，其主要的挥发性有机物平均排放浓度为：氯苯20～100mg/m3，甲苯200～500mg/m3，二甲苯100～300mg/m3，废气量为5000m3/h，温度为10～25℃。
按有机废气吸收液组成（以质量分数计）：二聚季铵盐表面活性剂1%，分子量200的聚乙二醇10%，氯化钾0.2%，聚醚类消泡剂0.1%，其余为水。
实验所用吸收装置的主要参数为：吸收塔高2.5m，塔直径0.6m，填料层高度1.4m；吸收液高度1.8m；控制废气处理风量1500m3/h。
吸收过程如下：将制备好的吸收液由进液口装入吸收塔内；有机废气由集气罩通入吸收塔，在填料层与吸收液充分接触，完成吸收过程；经检测，净化后有机废气浓度低于40mg/m3，达标排放；若出口有机废气浓度高于40mg/m3，认为吸收液已饱和，更换吸收液；该吸收液所吸收的有机废气类别单一，可使用蒸馏的方式回收，蒸馏后的吸收液供循环使用，分析测试结果如表1。
表1 实施例2的分析测试结果
Figure 254147DEST_PATH_IMAGE001
实施例3
某汽车厂的涂装废气成分有苯、VOCs、颗粒物等，其中主要的挥发性有机物含量为：苯100～300mg/m3，乙酸乙酯300～400mg/m3，甲醛200～300 mg/m3， 废气量为6000m3/h，温度为15～30℃。
按有机废气吸收液组成（以质量分数计）：三聚季铵盐表面活性剂1%，N,N-二甲基乙酰胺10%，分子量400的聚乙二醇10%，氯化钾0.2%，聚醚类消泡剂0.1%，其余为水。
实验所用吸收装置的主要参数为：吸收塔高3 m，塔直径0.8 m，填料层高度1.6 m；吸收液高度2m；控制废气处理风量2000 m3/h。
吸收过程如下：将制备好的吸收液由进液口装入吸收塔内；有机废气由集气罩通入吸收塔，在填料层与吸收液充分接触，完成吸收过程；经检测，净化后的废气VOCs浓度低于40 mg/m3，达标排放；若出口废气浓度高于40 mg/m3，认为吸收液已饱和，更换吸收液；该吸收液所吸收的有机废气成分复杂，饱和吸收液作有机废液处理，分析测试结果如表2。
表2 实施例3的分析测试结果
Figure 968025DEST_PATH_IMAGE002
如图1所示，当进气浓度不断提高时，新型吸收液对有机废气的吸收效率不断的下降。吸收液对甲苯的吸收效果为吸收液对三种挥发性有机物的吸收效率为：乙酸乙酯＞甲苯＞石油醚，且吸收效率石油醚、甲苯、乙酸乙酯的极性大小分别为0.3、2.4、4.3，这也合理的解释了本实验中吸收效率的高低现象。当进气浓度小于2000mg/m3时，吸收液对乙酸乙酯的吸收效率约为93%，对甲苯的吸收效率约为86%，对石油醚的吸收效率约为79%。
如图2所示，随着有机废气进气浓度的增加，新型吸收液对这三种有机废气的饱和吸收容量也在增加。这是由于进气浓度增加时，吸收液与有机废气的接触面积也在增大，提高了气相与液相的传质动力，从而增加了饱和吸收容量。新型吸收液对这三种有机废气的饱和吸收容量按大小排列为：乙酸乙酯＞甲苯＞石油醚，这是由于，乙酸乙酯的在水中的溶解度本就高于甲苯和石油醚，查阅文献可知，温度为25℃时，乙酸乙酯在水中的溶解度约为90g/L，甲苯在水中的溶解度为0.53g/L，石油醚不溶于水。当进气浓度小于2000mg/m3时，乙酸乙酯在吸收液中的饱和吸收容量最高为240.5g/L，甲苯在吸收液中的饱和吸收容量最高为29.1g/L，石油醚在吸收液中的饱和吸收容量最高为13.8g/L。
综上所述，在以本发明的方法制备的有机废气吸收液，对进气浓度小于2000 mg/m3的有机废气（乙酸乙酯、石油醚、甲苯），吸收效率达80%以上；在饱和吸收条件下，新型吸收液中乙酸乙酯的含量为240.5 g/L（乙酸乙酯在水中的溶解度为90 g/L），甲苯的含量为29.1 g/L（甲苯在水中的溶解度为0.53 g/L），石油醚的含量为13.8 g/L（石油醚不溶于水），废气吸收效率高、成本低，对环境友好。

Claims (3)

1.一种有机废气吸收液，其特征在于，该吸收液的原料组分及重量含量如下，水：78.7%～89.4%、表面活性剂：0.5%～1%、耦合剂：10%～20%、助剂：0.1%～0.3%，包括以下步骤：
1）在室温条件下，将表面活性剂溶解于水中，搅拌均匀，制得浓度为0.5%～1%的表面活性剂水溶液，所述表面活性剂为季铵盐阳离子表面活性剂，所述季铵盐阳离子表面活性剂为二聚季铵盐阳离子表面活性剂或者三聚季铵盐阳离子表面活性剂；
2）在搅拌条件下向步骤1）的表面活性剂溶液中加入消泡剂，搅拌均匀，使消泡剂均匀的分散在表面活性剂水溶液中，得到消泡剂/表面活性剂混合液；
3）在搅拌条件下向步骤2）的消泡剂/表面活性剂混合液中先加入无机盐，然后再加入耦合剂，搅拌均匀，得到有机废气吸收液，所述无机盐为NaCl、KCl、NaSO4中的一种，所述耦合剂为N,N-二甲基乙酰胺、聚乙二醇中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种有机废气吸收液，其特征在于，步骤2）中，所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
3.根据权利要求1所述的一种有机废气吸收液，其特征在于，所述聚乙二醇分子量为200～400。
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