非金属矿复合吸附剂对实验室废酸气吸附性能应用研究

梁雅琪， 蔡 浩， 龚 关， 徐 磊

(1.湖北省地质实验测试中心,湖北 武汉 430034; 2.湖北华祥建设工程质量检测有限公司,湖北 武汉 430034)

环境与人们的生活息息相关,保护环境、防治污染是治理环境问题的根本。全国各类化学分析实验室主要分布在企业、各大高校及科研院所中,且大多数处于市中心或居民区,在对样品进行酸处理时排放的大量酸废气,对大气及周围人群有着潜在的危害性。国家环保总局发布[2004]15号文《关于加强实验室类污染环境监管的通知》,规定从2005年1月1日起将各类实验室纳入环保监管范围,足见实验室对环境的严重危害性。因此,研究化学分析实验室废气治理有着十分重要的现实意义。

1 实验室酸废气治理现状

目前国内各类化学实验室处理废气方法,主要是在屋顶天台处建造不同类型的吸收塔,通过在其中设置的吸附剂(吸附液)净化酸气。目前国内常用的吸附方法主要有以下几种：碱液吸收法、活性炭吸附法、光催化吸附法、等离子法等。碱液吸收法主要利用典型的化学酸碱中和反应,常用的化学试剂有氢氧化钠溶液、氨水、碳酸钠溶液等,碱液吸收设备简单,操作容易,投资少,但吸收效率较低[1]。活性炭吸附法主要利用活性炭的多孔、比表面积大的物理性质,有效吸附低浓度废酸气,但活性炭有效周期较短,一旦吸附饱和后,容易在温度较高的条件下,将已吸附的物质再次释放,引起二次污染,且活性炭回收再生成本较高[2],直接丢弃则易引起资源浪费,环境污染。光催化吸附法是利用紫外光对废气进行分解,等离子法是对废气加压处理,这两种方法均需要整套定制运行设备,并配备相应的专业维护人员,对装置的要求高、投资大,且对排放废气的浓度有一定要求,实际中难以实现普及。

因此,当前化学分析实验室废气的吸附治理急需突破现状,寻找性能稳定,成本低,易于操作管理、处理及回收过程安全环保的方法。

2 非金属矿复合吸附剂的研制

非金属矿具有取材范围广、无污染、成本低等特点,利用非金属矿物及材料特性对实验室废酸气进行处理,是符合环保要求、成本及管理要求的思路。笔者团队利用非金属特点复合制成的吸附剂,不仅利用了沸石、膨润土等矿物分子结构的特点(物理吸附),也利用了非金属矿物中的碱金属离子与酸气中的酸根离子的化学反应。在双重吸附方式的作用下,非金属矿复合吸附剂具有更好的吸附能力和较长的使用周期。使用周期结束后,吸附剂与废酸气反映的生成物对环境无害,可以直接回归自然,减少回收的步骤与成本。

3 非金属矿复合吸附剂的效果测试

为检验新型复合吸附剂对废酸气的实际吸附效果,笔者团队在某地质测试研究所选取两个独立的15#及18#化学实验室对应的废气吸收塔作对比试验,试验采用该实验室当前使用的市售活性炭型吸附剂产品作参照样品,在实验室顶楼的废气吸收塔处理装置中分别堆入相同质量的研制吸附剂和市售吸附剂,检测期间,保持两个实验室生产工艺、工况及环境一致,采集吸收塔排放口的气体样品进行测试。

3.1 样本采集

参照综合《固定污染源废气 氟化氢的测定 离子色谱法(暂行)》(HJ 688—2013)及《环境空气和废气 氯化氢的测定 离子色谱法(暂行)》(HJ 549—2009 )两个标准,适用于本试验的采样方案设定如下：

吸收液0.05 mol/L的KOH吸收液40 mL;

吸收装置双通道大气采样仪,大气采样管,且两管并联,设定0.5 L/min的采样流速采样2 h,两台设备同时同步采样。

3.2 测试方法

3.3 测试结果

为了测试吸附剂性能持续性及更换周期,本次试验历时四个月,通过四次样品采集对比试验，其结果见表1、图1。

通过以上数据分析,基本可以得出以下三点结论：①研发的非金属矿复合吸附剂相比于目前实验室使用的市售活性炭吸附剂,具有更好的吸附能力;②两种吸附剂在使用过程中,吸附能力均呈现逐渐减弱态势,但相比之下,非金属矿复合吸附剂对废气中F-、Cl-离子的吸附能力减弱幅度较小；③非金属矿复合吸附剂更节约成本。

表1 两种吸附剂实际试验对比结果

图1 两种吸附剂作用下各离子含量增长情况图

3.4 结果分析

试验场所所用的市售吸附剂主要是活性炭类吸附剂,这种吸附剂主要以物理吸附为主,兼有少量的化学吸附性能,活性炭较大的比表面积,使它在前期对废气有吸附的功效。由于发生的化学反应微乎其微,活性炭固定离子能力有限,因此当吸附空间被废气充填达到饱和,其吸附能力迅速减退至消失。使用周期结束后,由于物质的特殊性,直接回归自然会造成环境问题,因此需经过回收工序进行处理。

笔者团队利用非金属特点复合制成的吸附剂,对酸气处理采用了“物理吸附+化学吸附”模式,且对设备要求低,更换过程不会造成对环境的二次污染,可以广泛应用于化学分析实验室。

4 结论

(1) 将非金属矿复合吸附剂与市售活性炭吸附剂在实际应用场合中进行对比试验,前者的整体吸附能力强于后者,且使用周期较长;

(2) 非金属矿复合吸附剂减少了回收处理的工序,成本比活性炭吸附剂低,更适合投入大规模的生产使用中;