非离子型表面活性剂微乳液增溶吸收治理VOCs

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 20次 | 上传用户:liongliong522
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挥发性有机物(VOCs)不仅带来环境污染问题,同时也产生了一定的经济损失,随着对大气污染物认识的提高,VOCs的高效、经济控制方法已经成为环境领域的热点问题之一。吸收是一种发展较早、工艺成熟、应用范围广泛的化工分离操作,能在消除气态污染物的同时对污染物进行回收利用,是常用大气污染物治理技术之一。采用吸收法处理VOCs主要受到吸收剂的限制,本研究利用甲苯可以和非离子表面活性剂以及助表面活性剂形成微乳液,从而增大典型VOCs-甲苯的表观溶解度的特性,吸收净化含甲苯有机废气。研究内容包括:(1)通过拟三元相图筛选最佳吸收体系;(2)甲苯与吸收剂间的气液吸收平衡关系;(3)吸收传质过程、动力学及影响因素分析;(4)填料塔实验室小试;(5)吸收剂再生。结果表明:(1)利用在吸收过程中自动形成非离子表面活性剂/甲苯/水微乳液的方式增溶吸收净化含甲苯的有机废气是可行的。(2)在不加入助表面活性剂的情况下,对非离子表面活性剂进行筛选,对于Tween体系,Tween-60优于其它表面活性剂;而对于Trition X (TX)体系,TX-100较好;单一或混合表面活性剂溶液的最佳亲水亲油平衡值(HLB)同样均为15;助表面活性剂的加入明显提高了非离子型微乳体系的增溶吸收能力,提高增溶容量的能力大小顺序为:正丁胺>正丁醇>正丁酸,最佳助表面活性剂是正丁胺;短碳链的助表面活性剂更有利于增溶吸收;直链醇优于支链醇。研究发现当分析助表面活性剂对相行为的影响时,使用Bansal, Shah, O’Connell (BSO)公式并不适用微乳液体系,而采用HLB值来分析更为合理;温度对非离子型微乳液体系具有一定的影响,且低温条件更有利于吸收;由于非离子表面活性剂本身不带电荷,因此盐的加入对增溶吸收几乎没有影响。(3)当非离子表面活性剂浓度大于临界胶束浓度(CMC)时胶束形成,对有机物甲苯的增溶作用显著;增溶曲线在CMC处出现折点;微乳液较表面活性剂溶液增溶能力更强,增溶比更大。同时可以看出,所选Tween体系的CMC值较低,即表面活性剂溶液在极低的浓度条件下就可形成胶束,有利于增溶吸收含甲苯有机废气。(4)采用双磁力搅拌器研究了非离子表面活性剂微乳液吸收甲苯的传质机理及反应动力学。在温度为30℃,液相转速为120 r/min, Tween-20溶液浓度范围为8.157~40.783 mol/m3, Tween-20/甲苯/水微乳液体系的液膜传质系数κL=9.183×10-5 m/s,气膜传质系数κG=7.502×10-7 mol/(m2.s),吸收为液膜控制过程;Tween-20溶液吸收甲苯为快速拟一级反应,二级反应速率常数κ2=0.00122 m3/(mol·s)。实验获得的增强因子与模型计算值吻合较好,最大相对误差不超过12.904%。吸收速率和吸收容量随着Tween-20浓度的增大而升高,尤其是当浓度高于CMC浓度时,吸收速率及吸收容量增加更显著;当气液两相有效接触面积不变时,吸收剂体积仅影响吸收剂的吸收容量;添加助表面活性剂和降低温度更有利于微乳液增溶吸收甲苯有机废气。(5)采用微乳液作为吸收剂在填料塔内进行实验室小试,探讨了喷淋量、甲苯浓度负荷、表面活性剂浓度和助表面活性剂对甲苯去除率的影响。结果表明:微乳液吸收处理甲苯废气具有显著的效果;采用Tween-20作为表面活性剂时最适喷淋量为40 L/h(液气比为1:5),且随着甲苯浓度负荷的升高,甲苯去除率随之增加;添加助表面活性剂可以不同程度的提高甲苯的去除率,Tween-20/正丁胺/甲苯/水微乳体系为吸收甲苯的最佳体系。在微乳液低浓度条件下,甲苯的最高去除率可达65%。(6)通过采用直接蒸馏的实验方法,可以对饱和吸收剂实现再生,且解吸率均在98%以上,因此直接蒸馏为吸收剂再生可行的方法之一。研究结果表明,采用微乳液吸收净化含甲苯有机废气克服传统液体吸收剂存在的成本高、溶剂挥发损失大、二次污染问题突出等限制,具有较好的应用前景,为VOCs污染控制提出一种可行的新思路。
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