歐陽平,張賢明

(重慶工商大學(xué) 廢油資源化技術(shù)與裝備教育部工程研究中心,重慶 400067)

粉煤灰因其良好的吸附性能,目前廣泛應(yīng)用在廢水廢氣處理中[1-7]。但在廢潤滑油再生中,粉煤灰吸附被認(rèn)為可降低廢油再生中的勞動強(qiáng)度及生產(chǎn)成本[8-9],但卻鮮有相關(guān)系統(tǒng)研究。吸附法是廢潤滑油再生的重要方法[10-11],但目前有些吸附劑或成本較高、獲取程序繁瑣(如硅膠等),或使用后對環(huán)境的污染性大(如白土),限制了吸附法在廢油再生中的應(yīng)用[12-13]。因此,探索兼具有成本優(yōu)勢和高吸附性的吸附劑是廢油處理研究的熱點問題。

本文先用單因素實驗探討粉煤灰吸附處理廢油,再用多因素正交實驗得到相對優(yōu)化的工藝條件,并與活性白土相比較,為粉煤灰在廢油再生中的應(yīng)用提供實驗基礎(chǔ)。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

粉煤灰,遵義電廠粉煤灰；廢油(酸值為2.892 mg KOH/g),重慶某工業(yè)濾油機(jī)廠；活性白土(CS-1060,200目),安徽蕪湖飛尚礦業(yè)；氫氧化鉀、乙醇、甲苯、石油醚(30～60 ℃)、異丙醇均為分析純；蒸餾水(即產(chǎn)即用)。

titrando905型電位滴定儀；YHG-400型恒溫干燥箱；JA3003型電子天平；JAC ultronosic 1505型超聲波振蕩儀；SHB-Ⅲ型多用真空泵；DF-101S型磁力攪拌器。

1.2 實驗方法

1.2.1 預(yù)處理粉煤灰 遵義電廠粉煤灰,先過60目分樣篩,再蒸餾水清洗,接著80 ℃下干燥7 h,再分別過150,200目和350目篩,然后取200目篩為本實驗用粉煤灰。

1.2.2 廢潤滑油再生效果指標(biāo)的選取及測定 酸值除了能表示潤滑油中酸性物質(zhì)的含有程度,還一定程度能夠間接的反映潤滑油中其它雜質(zhì)的含量,而且相對于其它指標(biāo),其能更有代表性的衡量機(jī)械中潤滑油的劣化程度,是評價潤滑油性能的重要指標(biāo),單位mgKOH/g；且一般酸值越小,潤滑油的劣化程度越小,酸值越大,潤滑油的劣化程度越大。

酸值可依據(jù)《石油產(chǎn)品和潤滑劑酸值測定法(電位滴定法》(GB/T 7304—2014)在全自動電位滴定儀上進(jìn)行測定。

1.2.3 粉煤灰對廢潤滑油的吸附處理 準(zhǔn)確稱取廢潤滑油50.000 g,按要求加入不同投加量的實驗用粉煤灰,在不同的吸附溫度、攪拌速率和時間下進(jìn)行吸附,且每次吸附后的油液靜置沉淀冷卻至室溫,加入適量石油醚(30～60 ℃)洗滌靜置再取油液上清液過濾,蒸除溶劑后按GB/T 7304—2014石油產(chǎn)品酸值測定法測定油液酸值。

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰對廢潤滑油的吸附

2.1.1 攪拌時間 攪拌時間短,會導(dǎo)致吸附反應(yīng)不充分,對油中的吸附質(zhì)吸附不完全,而達(dá)不到理想的吸附效果；攪拌時間長,不僅會導(dǎo)致解吸作用發(fā)生,使被吸附的吸附質(zhì)又重新溶于油液當(dāng)中,還會導(dǎo)致部分吸附劑粉煤灰碰撞碎裂,影響吸附劑的吸附效果。當(dāng)吸附溫度為100 ℃,攪拌速率為1 000 r/min,粉煤灰添加量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和不同攪拌時間的條件下,粉煤灰吸附對廢潤滑油酸值的影響見圖1。

圖1 廢油酸值隨攪拌時間的變化Fig.1 Variations of the acid number of waste lubricating oil with agitation time

由圖1可知,在所考察攪拌時間下,經(jīng)粉煤灰吸附處理后廢潤滑油的酸值明顯降低,當(dāng)攪拌時間<60 min 時,廢潤滑油在吸附后的酸值呈下降狀態(tài),這可能是因為隨著攪拌時間的不斷增長,粉煤灰對油中吸附質(zhì)的吸附持續(xù)進(jìn)行,到達(dá)60 min左右時,吸附達(dá)到了優(yōu)化值,即廢油的酸值達(dá)到相對最低值；而當(dāng)吸附時間>60 min時,吸附后廢油的酸值呈上升狀態(tài),這可能是由于持續(xù)的攪拌使得攪拌子、油液與粉煤灰之間的摩擦生熱作用不斷增強(qiáng),促使油液進(jìn)一步劣化和吸附質(zhì)解吸作用的發(fā)生。

2.1.2 吸附溫度 吸附溫度過低會降低粉煤灰吸附反應(yīng)的速率,而吸附溫度過高則可能發(fā)生吸附質(zhì)的解吸作用和油液的進(jìn)一步氧化,因此,恰當(dāng)?shù)奈綔囟炔粌H是提高吸附反應(yīng)速率的重要影響因素,而且還是保證粉煤灰吸附效果的重要條件。當(dāng)攪拌時間為60 min,攪拌速率為1 000 r/min,粉煤灰添加量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))和不同吸附溫度的條件下,粉煤灰吸附對廢潤滑油酸值的影響見圖2。

圖2 廢油酸值隨吸附溫度的變化Fig.2 Variations of the acid number of waste lubricating oil with adsorption temperature

由圖2可知,在所考察吸附溫度下,廢潤滑油的酸值經(jīng)粉煤灰處理后明顯下降,當(dāng)粉煤灰與油液的吸附處理溫度<90 ℃時,隨著吸附溫度的升高,油液酸值呈下降趨勢；當(dāng)吸附處理溫度超過90 ℃時,油液酸值則隨吸附溫度的繼續(xù)增加而呈上升趨勢,這可能是由于當(dāng)吸附溫度超過90 ℃后,伴隨有吸附質(zhì)的解吸作用發(fā)生,而且溫度的繼續(xù)增加,油液會進(jìn)一步的氧化劣化致使酸值升高；當(dāng)吸附溫度90 ℃時,廢油酸值相對較小,為最佳吸附溫度。

2.1.3 粉煤灰添加量 粉煤灰在廢潤滑油再生中通過其較大的比表面積和較高的表面活性能達(dá)到對廢油中雜質(zhì)吸附沉淀精制的作用。當(dāng)攪拌時間為60 min,攪拌速率為1 000 r/min,吸附接觸溫度為90 ℃和不同粉煤灰添加量的條件下,粉煤灰吸附對廢潤滑油酸值的影響見圖3。

由圖3可知,在所考察粉煤灰添加量下,吸附處理后廢潤滑油的酸值下降明顯,當(dāng)粉煤灰添加量<10%時,廢潤滑油粉煤灰吸附后的酸值隨粉煤灰添加量的增加呈下降趨勢；當(dāng)粉煤灰添加量>10%時,酸值則隨添加量的增加呈上升趨勢,添加量為15%時的酸值幾乎與添加量5%時相當(dāng),而當(dāng)添加量>20%后,酸值的變化趨勢漸緩但仍然維持較高酸值,這可能是由于當(dāng)粉煤灰添加量>10%時繼續(xù)增加投加量,反而會使得吸附劑消耗過高、吸附效率下降并伴隨有吸附質(zhì)的解吸作用發(fā)生,以及二次污染、過濾困難等操作問題,從而使得油液酸值增加。

圖3 廢油酸值隨添加量的變化Fig.3 Variations of the acid number of waste lubricating oil with dosage

2.1.4 攪拌速率 當(dāng)攪拌時間為60 min,接觸溫度為90 ℃,粉煤灰投加量為10%和不同攪拌速率條件下,粉煤灰吸附對廢潤滑油酸值的影響見圖4。

圖4 廢油酸值隨攪拌速率的變化Fig.4 Variations of the acid number of waste lubricating oil with agitation rate

由圖4可知,在所考察攪拌速率下,粉煤灰吸附處理廢潤滑油后的酸值明顯減小,當(dāng)攪拌速率<900 r/min時,廢潤滑油的酸值隨攪拌速率的增加而下降,當(dāng)攪拌速率>900 r/min時,油液酸值雖略有上升但趨勢漸緩,而攪拌速率為900 r/min時,酸值最小,為1.520 3 mg KOH/g,這可能是由于攪拌速率<900 r/min時,粉煤灰吸附劑對廢油的處理未達(dá)到較優(yōu)吸附狀態(tài),而>900 r/min時,過高的攪拌速率則會影響粉煤灰對廢油的吸附處理平衡,另外攪拌子與粉煤灰/廢油體系的過快速度攪拌會引入空氣造成接觸氧化,使得油液酸值升高,并會增加后續(xù)沉淀精制的操作時間。

2.1.5 粉煤灰吸附廢潤滑油的多因素正交實驗 在上述實驗基礎(chǔ)上,以粉煤灰吸附處理廢潤滑油的酸值為考察目標(biāo),選擇攪拌時間、吸附溫度、粉煤灰添加量和攪拌速率為影響因素,采用正交實驗表L9(34)設(shè)計實驗。實驗順序遵循隨機(jī)化原則,實驗結(jié)果采用直觀分析法進(jìn)行分析,多因素正交實驗因素水平表及實驗結(jié)果見表1、表2。

表1 因素水平Table 1 Factors and levels

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Orthogonal experimental results

由表2可知,廢油吸附再生處理的優(yōu)化工藝條件是A2B2C3D1,即攪拌時間60 min,吸附溫度 90 ℃,粉煤灰添加量12%和攪拌速率850 r/min。同時由表2的極差分析可知,攪拌時間、吸附溫度、粉煤灰添加量和攪拌速率4個因素中,對廢油酸值影響最大的是粉煤灰添加量和攪拌速率,接著是攪拌時間,最后是吸附溫度。因此,在實際的吸附操作過程中,須選擇相對優(yōu)化的攪拌速率和粉煤灰添加量來提高廢潤滑油的吸附處理效果,而適當(dāng)降低攪拌時間和吸附溫度來減少廢油吸附處理過程中油液接觸氧化引起的廢油進(jìn)一步劣化。

2.2 粉煤灰與活性白土吸附廢潤滑油的對比實驗

將活性白土按照2.1.5節(jié)得出的工藝條件吸附再生處理廢油,并從酸值、40 ℃運(yùn)動粘度、機(jī)械雜質(zhì)和水含量等指標(biāo)與粉煤灰進(jìn)行了比較,結(jié)果見表3。

表3 粉煤灰與活性白土吸附廢潤滑油實驗對比Table 3 Adsorption comparison of waste lubricating oil by flyash and activated clay

由表3可知,廢潤滑油經(jīng)粉煤灰與活性白土各自吸附后,測得各項參數(shù)指標(biāo)都有明顯下降,粉煤灰吸附處理效率與活性白土相近。但活性白土是一種成本較高的商品化固體吸附劑,相較于活性白土,粉煤灰屬電廠固體廢棄物,成本優(yōu)勢明顯,而且原狀粉煤灰經(jīng)微波、超聲波、酸堿等改性處理后可進(jìn)一步提高吸附效果。

3 結(jié)論

以廢潤滑油酸值為考察指標(biāo),單因素和多因素正交實驗探討粉煤灰對廢潤滑油吸附再生的相對優(yōu)化工藝條件為：攪拌時間60 min,吸附溫度90 ℃,粉煤灰添加量12%和攪拌速率850 r/min。且在該工藝條件下,粉煤灰再生處理廢油的效率與活性白土相近,但煤灰成本價格優(yōu)勢明顯。因此,基于粉煤灰吸附的廢潤滑油再生有著廣闊的應(yīng)用前景。