吸收法资源化处理甲苯废气的工艺研究文献综述

 2022-07-26 03:07

文献综述

液体吸收法是利用液体吸收液与有机废气的相似相溶性原理而达到处理有机废气的目的。相似相溶原理是物质溶解性能中的经验规律,其本质是结构相似的粒子之间的作用力比结构完全不同的粒子之间的作用力强。根据这个原理通常可以将吸收液分为有机溶剂表面活性剂与水组成的混合液这两类。选择有机溶剂作为吸收液除考虑其吸收性外还应当注意其挥发性与环保性。只有吸收性强、难挥发、毒性低的有机溶剂吸收液才具有应用潜力。然后到目前为止还没有找到十分满意的有机溶剂作为甲苯废气的吸收液。因此开发水基型吸收液成为了新的发展方向。甲苯属非极性物质难溶于水,需要选择相应的表面活性剂来改变水的表面张力,增加甲苯在水中的溶解性,使得废气中的甲苯污染物能够轻易地溶解入吸收液中,使废气得到净化。然而这方面的技术难度较大,仍在不断的研究与探寻。应用液体吸收法处理甲苯废气还需对吸收液中的甲苯作进一步处理。液体吸收法资源化处理甲苯废气是在上述液体吸收法的基础上,将被吸收的甲苯和吸收液重新分离并回收利用的过程。实现甲苯的回收、将资源的损失与能耗降到最少,并使得吸收液可重复使用或者达到废水的排放标准。目前所报道的分离方法包括常减压蒸馏、膜分离、渗透汽化、共沸蒸馏。这就需求所选择的吸收液还有容易的与甲苯分离。资源化处理甲苯废气是一个较新的概念,技术与方法仍处在不断探寻与完善。

VOCs 处理有两种方法,一是将废气中的 VOCs 消除(如:热氧化、催化氧化、等离子体氧化、生物降解、光降解等方法),二是从废气中分离 VOCs(如:冷凝、膜分离、吸附、吸收等方法),分离出的 VOCs 经过相关方法处理可回收有机溶剂,实现资源的再利用。

燃烧法是通过燃烧的方式破坏 VOCs,所发生的化学作用主要是燃烧氧化作用及高温下的热分解,燃烧后产物主要是 CO2和 H2O。因此,这种方法只能适用于净化那些可燃的或在高温情况下可以分解的有害物质。对化工、喷漆、绝缘材料等行业的生产装置中所排出的有机废气,可采用燃烧净化技术。由于 VOCs燃烧会产生大量的热,使排气的温度很高,因此燃烧法可以回收热能而降低一部分运行成本。燃烧法包括直接燃烧、热力燃烧与催化燃烧。直接燃烧也称为直接火焰燃烧,它是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接燃烧。热力燃烧是通过辅助燃料的燃烧,把温度提高到燃烧所需的温度,使其中的气体污染物进行氧化(曹秋伟等,2013)。催化燃烧法是在催化剂的作用下,使有机废气中的碳氢化合物在温度较低的条件下迅速氧化为 CO2和 H2O,达到治理的目的(曹秋伟等,2013)。

光催化氧化技术是近年来发展起来的一项先进有机废气处理工艺。其原理是利用紫外光照射锐晶型纳米二氧化钛颗粒等催化剂所激发电子跃迁能量,催化氧化环境中存在的有机气态污染物,将有机物氧化成CO2和H2O及无机小分子物质。近年来有大量相关文献,并在实际应用方面取得了实质性进展(李琳,1995;Ardizzone et al., 2008;Kibanova et al., 2009;廖志琼,2014)。该项技术的优点体现在:(1)可快速降解VOCs,特别是芳香族等难降解有机废气去除效果明显(2)氧化彻底,最终产物是二氧化碳和水,不会产生二次污染物;(3)可同时降解生物污染物,对几乎所有的细菌、病毒起到强效分解作用(廖志琼,2014)。低温等离子体技术是在外加电场的作用下,通过介质放电产生大量高能粒子,高能粒子与有机污染物分子发生一系列复杂的化学反应,从而将有机污染物降解为无毒无害物质的过程(余正贤,2009)。由于低温等离子体中存在很多电子、离子、活性基和激发态分子等有极高化学活性的粒子,使很多需要很高活化能的化学反应能够发生,使常规方法难以去除的污染物得以转化或分解(王承智等,2006)。气体放电产生等离子体技术的主要方式有:电晕放电、辉光放电、介质阻挡放电、滑动电弧放电及射流放电,其中在大气污染治理方面主要是介质阻挡放电和脉冲电晕放电(王承智等,2006)。低温等离子体技术具有投资少、占地面积较小、副产物少、处理时间短等特点,目前广泛应用与脱硫与脱硝。而应用于脱除VOCs方面,主要限于苯和甲苯等少部分气体(张贵剑等,2015)。等离子体技术与光催化技术结合,可提高降解效果,同时解决了光催化技术的一些问题,并且还使低温等离子体技术得到了优化,使其操作条件更加温和,能耗进一步降低,处理过程中的副产物也得到了抑制(胡睿,2014),显示出良好的发展前景。低温等离子体和光催化技术的有效结合需要进一步研究,如:反应器结构、光催化剂及其载体、电源以及放电材料等方面都需技术提升(胡睿,2014;施耀等,2015)。可以预测,在不久的将来,低温等离子体技术在处理VOCs废气将发挥更大的作用。

生物法是利用某些微生物可降解 VOCs 的原理,从而达到处理有机废气污染物的目的。有关生物法处理有机废气的机理,目前普遍接受的是双膜理论(朱雅兰,2008)。根据该理论,废气中的有机污染物首先与水接触并溶解于水中形成液膜,在浓度差的推动下扩散至生物膜,从而被微生物捕获与降解,最终转化为CO2 和 H2O 等产物。在此基础上,还发展了吸附-生物膜理论(孙石等,2007),其认为废气中的挥发性有机物是被吸附在生物膜表面,而不是浓度差的扩散作用,而生化反应产物 CO2是逆向解析脱离生物膜,进入气流主体。但无论何种机理,VOCs生物净化过程的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下,利用废气中的有机成分作为碳源和能源,维持其微生物的生命活动,并将有机物分解为 CO2和H2O的过程。生物法常用的工艺有:生物洗涤塔、生物滤池、和生物滴滤塔。生物滤池工艺适于处理低浓度恶臭气体,需要的外界营养量较少,易降解难溶于水的VOCs,运行成本低等;但填料容易老化,床层容易堵塞(唐沙颖稼等,2012)。生物洗涤塔工艺反应条件容易控制,污染物转移较快,稳定性能好,但投资和运行费用较高,限于处理易溶于水的VOCs(唐沙颖稼等,2012)。生物滴滤塔工艺操作简单,易于降解产酸的VOCs,填料不易老化,但微生物容易随液相流失,反应床易堵塞(唐沙颖稼等,2012)。因此,可根据有机废气的具体特征,选择合适的处理工艺。

吸附方法是一种广泛使用去除废气中VOCs 的技术。其基本原理是:作为吸附剂的固体表面可以选择性地吸附气相中待分离的气体组分(吸附质),之后再通过对吸附剂的解析使其回到气相中。吸附可分为物理和化学吸附两类,VOC 废气的净化主要采用物理吸附的方法。在影响VOCs吸附诸多因素中,吸附剂是关键。吸附剂大致上可以分为三类:含氧吸附剂、碳基吸附剂与聚合物基吸附剂。

含氧吸附剂包含了如硅胶、沸石和金属氧化物;碳基吸附剂包括活性炭、石墨;

聚合物基吸附剂则通常通过改变聚合物的官能基,以吸附不同的物质(王溪睿,2014)。针对吸附机理,目前开发了变温吸附与变压吸附技术,提高改变吸附的温度和压力条件,通过改变分子筛吸附剂的动能和相平衡参数,来实现对混合废气中特定气体组分的吸附,同时增加吸附容量,提高解析数量(魏玺群,陈健,

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