出于安全考慮，活性炭很少用于回收基于酮的揮發(fā)性有機化合物。用活性炭吸附甲基乙基酮(MEK)是一種高度放熱反應(yīng)，可能在活性炭罐中引起燃燒。此外，在解吸的溶劑中產(chǎn)生2,3-丁二醇(BDO)，會導(dǎo)致回收的溶劑變黃和產(chǎn)生氣味。該研究應(yīng)用連續(xù)吸附-解吸裝置評估回收的含有改性和原始活性炭的MEK吸附容量和BDO的解吸濃度。

　　大量有機溶劑，包括酮類有機溶劑，用于各種工業(yè)過程，大多數(shù)行業(yè)采用顆粒活性炭或活性炭纖維回收揮發(fā)性有機化合物(揮發(fā)性有機化合物)。本研究的一部分是基于干燥聚氨酯(PU)合成革工藝廢氣，甲苯和MEK是使用的主要溶劑。在該研究中選擇MEK作為含酮溶劑。已經(jīng)進(jìn)行了大量關(guān)于用活性炭吸附VOC的研究，大多數(shù)研究采用了固定床吸附系統(tǒng)。活性炭的物理性質(zhì)為各種有機蒸氣提供快速吸附和高吸附能力。在現(xiàn)場應(yīng)用中，蒸汽通常用作再生活性炭的熱源。因此，含有酮或含酯的溶劑往往會在含有大量水蒸氣和氧氣的環(huán)境中引起水解和氧化問題，影響回收溶劑的質(zhì)量和活性炭的性能。

　　本研究的重點是設(shè)計和構(gòu)建連續(xù)固定活性炭吸附-解吸裝置作為主要測試系統(tǒng)的溶劑回收工藝。主要目的是降低回收的含有MEK的有機溶劑的BDO濃度，并增加活性炭的著火點，以減少相關(guān)的火災(zāi)危險。通過使用活性炭實現(xiàn)了相對有利的回收MEK的吸附-解吸效率。然而，在使用這些活性炭回收的MEK溶劑中，BDO濃度相對較高。因此，應(yīng)用表現(xiàn)出不同負(fù)載的不同試劑來改性活性炭，并且通過實驗評估效果。而且，解吸溫度，解吸介質(zhì)，實驗評估了含氧官能團對吸附和解吸過程的影響。目的是開發(fā)一種方法，該方法可用于有效降低回收溶劑中的BDO濃度并提高活性炭的燃點。VOC的分子直徑在大約3到8.5之間。對于表面吸附，孔徑與吸附物直徑之比是一個關(guān)鍵參數(shù)，擁有20納米孔隙的活性炭能有效吸附VOCs。

　　連續(xù)吸附解吸循環(huán)試驗

　　連續(xù)交流吸附解吸試驗的實驗裝置如圖1所示。活性炭固定床反應(yīng)器的直徑為2.72厘米，長度為30厘米。吸附條件是空氣中MEK=4000ppm，氣體速度=0.3米/秒，吸附溫度30℃，相對濕度(RH)<10%。將活性炭在烘箱(140-150℃，4小時)中烘烤后，將其取出并置于干燥盤中冷卻。稱量所需的活性炭并置于固定床反應(yīng)器中進(jìn)行吸附試驗。將恒定流速的壓縮空氣注入含有有機溶劑(MEK或甲苯)的氣泡瓶(保持在20℃)中。通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計來控制單一(4000ppm MEK或4000ppm甲苯)或二元(2000ppm MEK+2000ppm甲苯)蒸氣的濃度。然后將氣體引入反應(yīng)器中進(jìn)行實驗測試(保持在30℃)。繼續(xù)進(jìn)行實驗測試直至吸附劑達(dá)到飽和，其定義為出口VOC濃度達(dá)到入口濃度的95%的時間。使用VOC分析儀測量氣流中的蒸氣濃度。然后將活性炭從反應(yīng)器中取出并稱重用于計算飽和MEK吸附容量。

　　圖1.活性炭連續(xù)交流吸附解吸過程的實驗裝置。

　　在稱重后將活性炭重新安裝到反應(yīng)器中。然后將閥門切換到解吸過程。將冷卻器的溫度設(shè)定為5℃，并加熱加熱帶直至達(dá)到解吸介質(zhì)的所需溫度(100℃或130℃)。解吸時間為10分鐘。當(dāng)反應(yīng)器的中心達(dá)到約35℃時，將解吸介質(zhì)引入反應(yīng)器中。然后收集解吸的溶劑。當(dāng)滿足設(shè)定的解吸時間時，終止加熱和解吸介質(zhì)并且溫度開始下降。此后，將吹掃的壓縮空氣注入(在某些實驗測試中使用氮氣)到反應(yīng)器中，直到中心溫度降至室溫。收集解吸的溶劑并稱重用于計算活性炭的工作容量。工作容量定義為吹掃后飽和VOC吸附容量與碳上殘余VOC的差值。然后使用氣相色譜儀分析溶劑的組成。

　　活性炭的改性

　　改性劑的主要功能是與活性炭中灰分的金屬成分形成鍵合，并降低活性炭與酮的反應(yīng)性。所用的改性劑包括乙醇胺，乙二胺，MgO和KNO 3，用于可能減少BDO的產(chǎn)生和提高活性炭的燃點。在改性之前，將活性炭烘烤并在150℃下干燥4小時。圖2顯示了用于改性的活性炭，改性劑和浸漬溶劑的量。

　　圖2.使用的活性炭，改性劑和浸漬溶劑。

　　活性炭內(nèi)含氧官能團對BDO濃度的影響

　　活性炭在350℃氮氣中處理4小時以除去部分含氧官能團，與活性炭在臭氧處理24小時后做對比。在三個循環(huán)期間基于相同的吸附解吸程序，MEK的吸附和解吸特性以及兩種處理方法的BDO濃度。結(jié)果表明，在第一次循環(huán)期間解吸溶劑中氮氣處理的BDO濃度分別為0.023wt%，第二次和第三次循環(huán)期間的0.089wt%和0.106wt%(平均值為0.073wt%)。第一次循環(huán)期間解吸溶劑中臭氧處理的BDO濃度約為0.116%。然而，在第二和第三循環(huán)期間，BDO濃度分別急劇增加至0.576wt%和0.723wt%(平均值為0.472wt%)。

　　結(jié)果表明，使用適當(dāng)?shù)母男詣┖拓?fù)載的方法改性活性炭，降低活性炭內(nèi)含氧官能團含量，使用N 2作為解吸和吹掃氣體，并降低MEK濃度可以有效地抑制MEK氧化以產(chǎn)生BDO。此外，使用N 2的不同方法，例如應(yīng)用到改性活性炭上，降低MEK的進(jìn)料濃度，可以同時施加，以達(dá)到高抑制效果。盡管這些方法在抑制BDO濃度方面表現(xiàn)出令人滿意的效果，但活性炭吸附性能可能受到影響。這期的實驗結(jié)果是改性后的活性炭能在回收或加工酮基VOC方面的應(yīng)用。

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