施忠賢 李 楠 胡淑芳 季云娣 曾碧照

華誼集團(tuán)上硫化工有限公司 （上海 200431）

乙二醛脫色用活性炭的重復(fù)利用

施忠賢 李 楠 胡淑芳 季云娣 曾碧照

華誼集團(tuán)上硫化工有限公司 （上海 200431）

對(duì)乙二醛脫色用活性炭進(jìn)行了再生和重復(fù)利用實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法難以使活性炭再生，但一次脫色后活性炭仍具有較好的吸附能力，可重復(fù)使用，可大幅減少活性炭的使用量和產(chǎn)品的帶損量，同時(shí)減少了脫色后活性炭的處理量，由此每年能為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益100萬(wàn)元。

活性炭 脫色 再生

很多化工生產(chǎn)過(guò)程中，脫色是其中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，不僅改善產(chǎn)品外觀(guān)也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。華誼集團(tuán)上硫化工有限公司核心產(chǎn)品乙二醛的脫色采用常規(guī)活性炭吸附的方法[2]，在降低產(chǎn)品色度的同時(shí)，也大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于乙二醛生產(chǎn)規(guī)模大，公司的活性炭年消耗量達(dá)到100 t以上，且由于活性炭具有大的比表面，吸附能力強(qiáng)[3]，活性炭在壓濾后仍然帶有一定量的產(chǎn)品，而這部分產(chǎn)品隨著活性炭的處理而被損耗，因此每年產(chǎn)品隨活性炭的帶損量達(dá)到150 t以上，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)百萬(wàn)。另外，從安全環(huán)保角度來(lái)講，脫色后的活性炭長(zhǎng)時(shí)間堆積易發(fā)生自燃，存在安全隱患，其處理也存在一定難度。因此，若能將活性炭重復(fù)利用或再生，可以減少活性炭的消耗量和產(chǎn)品的帶損量，經(jīng)濟(jì)上能降低乙二醛的生產(chǎn)成本，安全環(huán)保上可消除安全隱患。

本實(shí)驗(yàn)主要研究了脫色后活性炭的重復(fù)利用、再生以及其中吸附產(chǎn)品的回收，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得活性炭中的乙二醛帶損量以及回收方法和回收率，研究脫色后活性炭重復(fù)使用的情況，同時(shí)將吸附飽和的活性炭進(jìn)行蒸餾水洗脫烘干，以簡(jiǎn)單可行的處理方法研究它的再生性能，最后將實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于車(chē)間，評(píng)價(jià)其在實(shí)際生產(chǎn)中的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

活性炭（華誼集團(tuán)上硫化工有限公司），去離子水（自制），40%乙二醛（華誼集團(tuán)上硫化工有限公司，工業(yè)級(jí)）。

1.2 實(shí)驗(yàn)及分析方法

在三個(gè)燒杯中分別取100 g車(chē)間脫色后活性炭，分別加入150、200、260 mL去離子水，攪拌20 min后抽濾。滴定分析濾液中乙二醛的含量，并通過(guò)計(jì)算得到乙二醛的回收率。

取一定量車(chē)間脫色后活性炭，直接重復(fù)脫色直至活性炭吸附飽和無(wú)脫色能力。等量取3份吸附飽和的活性炭，A份不做任何處理，B份用蒸餾水（水與活性炭質(zhì)量比10∶1）洗滌后抽干，C份同樣洗滌后抽干并在150℃烘箱內(nèi)烘干。將3份活性炭分別對(duì)相同比例的乙二醛粗品進(jìn)行脫色，最后記錄它們的色度范圍。色度范圍通過(guò)與鉑-鈷標(biāo)準(zhǔn)溶液的目測(cè)比較得到。

1.3 生產(chǎn)性試驗(yàn)方法

在車(chē)間將脫色后的活性炭重新加入脫色釜中，在常規(guī)操作后分析產(chǎn)品的色度，若色度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)則繼續(xù)重復(fù)使用，也可加入少量新鮮活性炭，分析活性炭重復(fù)使用的可行性和效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 活性炭帶損乙二醛量的計(jì)算

由于壓濾工藝中濾餅形成的需要，每次至少加入40 kg的活性炭。以40 kg活性炭處理8 t乙二醛，1 t活性炭吸附1.6 t乙二醛（車(chē)間活性炭使用前后稱(chēng)重得到），年產(chǎn)2.5萬(wàn)t乙二醛計(jì)算，則每年活性炭用量為：

2.2 脫色活性炭中乙二醛的回收

表1 脫色活性炭中乙二醛的回收

由表1可知，活性炭脫色乙二醛后經(jīng)水洗可回收大部分被吸附的乙二醛，但回收液體總量不易過(guò)大，因此加水量要適當(dāng)。當(dāng)采用260 mL蒸餾水洗脫活性炭時(shí)，得到約260 g的9.29%乙二醛，折算成品質(zhì)量濃度40%的乙二醛，回收量為60.39 g，回收率98.2%，可以達(dá)到吸附的乙二醛基本全部回收的效果。

2.3 活性炭的重復(fù)利用及再生

2.3.1 活性炭的重復(fù)利用

取車(chē)間脫色后活性炭150 g，直接用于粗品乙二醛脫色，重復(fù)使用直至脫色后乙二醛色度大于15，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 活性炭脫色

由表2可知，當(dāng)重復(fù)脫色至第11次時(shí)，乙二醛色度才超過(guò)15。前10次累計(jì)脫色18 505 g乙二醛，脫色比例為：活性炭（用過(guò)）∶乙二醛=0.81%，相當(dāng)于活性炭（新鮮）∶乙二醛≈0.31%，均為質(zhì)量比。

實(shí)驗(yàn)表明，車(chē)間使用過(guò)的活性炭仍具備脫色能力。雖然一次取樣的活性炭不能代表一種必然現(xiàn)象，但是若能對(duì)每次脫色后的活性炭進(jìn)行取樣脫色實(shí)驗(yàn)，優(yōu)則用，劣則棄，保證每批活性炭能夠充分利用，這樣既可減少每年活性炭的使用量，又可降低乙二醛的損耗。目前活性炭加入比例為每8 t乙二醛加入40 kg新鮮活性炭，加入比例為：活性炭（新鮮）∶乙二醛=0.5%，則每年能減少（1-0.31%÷0.5%）=38%的活性炭用量，活性炭7 800元/噸，乙二醛6 000元/噸，則每年節(jié)?。?/p>

2.3.2 活性炭的水洗再生及機(jī)理討論

活性炭的再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，其中活性炭比例（新鮮）為0.3%。

表3 活性炭水洗再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表3可看出，三次實(shí)驗(yàn)的乙二醛色度均大于30，之間的色度差別亦不明顯，說(shuō)明乙二醛聚合物（顯色物質(zhì)）被活性炭吸附后不易脫附，水洗和150℃下烘干仍然無(wú)明顯脫附。因此，常規(guī)水洗烘干不能達(dá)到活性炭的再生。

活性炭具有多孔結(jié)構(gòu)，大量的微孔增加了它的表面積，通?；钚蕴康谋砻娣e都大于500 m2/g，因此活性炭也具有了大的比表面能。自然界中都有物質(zhì)能量自動(dòng)下降以保持穩(wěn)定的特點(diǎn)，而活性炭就是具有大的吸附能力，通過(guò)吸附以降低其比表面能?；钚蕴课搅Φ淖兓饕Q于兩個(gè)方面，一是通常情況下，比表面越大，活性炭吸附力就越大；二是在液相中，一般來(lái)說(shuō)吸附力隨著有機(jī)物分子量的增加而增大。由于活性炭孔的大小一定，吸附物分子太小，吸附力就小，吸附物分子太大又進(jìn)不去，因此當(dāng)活性炭具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔時(shí)，該活性炭此時(shí)的吸附力最大。

本實(shí)驗(yàn)中，乙二醛中有色物質(zhì)主要是一些聚合物，具有較大的分子量，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，活性炭吸附該類(lèi)聚合物的能力強(qiáng)，說(shuō)明該聚合物的分子量足夠大且仍然可以進(jìn)入活性炭的孔道。洗脫液無(wú)色且含有大量乙二醛，說(shuō)明該聚合物的吸附力遠(yuǎn)大于乙二醛分子，其不能以常溫水洗的方式脫附，且在150℃下，該聚合物不能分解亦不能脫附，導(dǎo)致活性炭吸附能力未得到恢復(fù)，從而無(wú)法繼續(xù)脫色使用。由于活性炭在惰性氣體的保護(hù)下的高溫焙燒和活性炭的高溫水蒸氣處理這兩種方法從經(jīng)濟(jì)上不具備優(yōu)勢(shì)，因此本實(shí)驗(yàn)沒(méi)有加以討論。

2.3.3 生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

車(chē)間試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4：

表4 車(chē)間活性炭重復(fù)利用情況

前5次脫色結(jié)果中，乙二醛的色度均小于15，都達(dá)到成品規(guī)格，第六次脫色后色度超標(biāo)。其中活性炭重復(fù)的第三次的色度最接近15，表明40 kg活性炭可以成功脫色8 t乙二醛粗品三批次，再次重復(fù)的可行性不高，而若在后面的脫色中加入5 kg新鮮活性炭，仍可達(dá)到脫色的目的。五次脫色平均使用10 kg活性炭，脫色比例為：活性炭（新鮮）∶乙二醛＝0.125%，與原工藝條件活性炭（新鮮）∶乙二醛＝0.5%相比，僅為25%。由于活性炭過(guò)濾工藝中，40 kg是濾餅形成的基本重量，因此活性炭每次的使用量不易減少，而應(yīng)通過(guò)工藝改造使活性炭得到重復(fù)利用，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的雙贏(yíng)。

由于生產(chǎn)試驗(yàn)中采用了活性炭重復(fù)利用及少量添加新鮮活性炭的方法，效果較小試實(shí)驗(yàn)更加明顯，可以節(jié)省活性炭約75%，若依然按照活性炭7 800元/噸，乙二醛6 000元/噸計(jì)算，則每年節(jié)?。?/p>

125×75%×7 800+125×75%×1.6×6 000=163.13萬(wàn)元

同時(shí)若能將使用過(guò)活性炭中的乙二醛加以回收，以回收率98.1%計(jì)算，則可回收乙二醛：

125×25%×98.1%=30.66 t

節(jié)省資金：

30.66×6 000=18.40萬(wàn)元

則每年可節(jié)省資金總計(jì)達(dá)到：

163.13+18.40=181.53萬(wàn)元

小試實(shí)驗(yàn)中活性炭重復(fù)利用后可節(jié)省38%，而車(chē)間實(shí)驗(yàn)結(jié)果為節(jié)省75%。這主要是因?yàn)檐?chē)間的活性炭有“以舊帶新”的使用方式，活性炭的使用更加充分；且小試實(shí)驗(yàn)中活性炭使用量不多，在每次過(guò)濾時(shí)會(huì)有少量的損失，使得活性炭的重復(fù)效果很差。

3 結(jié)論

（1）水洗脫色后活性炭回收乙二醛效果好，回收率可達(dá)98.2%；

（2）活性炭可重復(fù)利用，小試重復(fù)結(jié)果顯示活性炭使用量可減少38%；

（3）水洗烘干不能使吸附飽和的活性炭再生；

（4）車(chē)間活性炭重復(fù)使用情況較小試結(jié)果更好，且具有可行性，理論上活性炭使用量可減少75%，年總節(jié)省資金總計(jì)181.53萬(wàn)元。

[1]唐強(qiáng)，曹子棟，王盛，等.活性炭吸附法脫硫?qū)嶒?yàn)研究和工業(yè)性應(yīng)用[J].現(xiàn)代化工，2003，23(3)：37-40.

[2]賈陸，王學(xué)如.提高肌醇收率的工藝研究[J].河南醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，1998(3)：150-152.

[3]張孟存.活性炭脫色工藝的改進(jìn)[J].環(huán)境工程，2008，26(4)：71-72.

TQ224.3

施忠賢 男 1961年生 工程師 從事化工技術(shù)工作

2010年5月