載銅活性炭的制備方法及用其吸附甲苯的條件與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于吸附材料和大氣污染處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種載銅活性炭的制備 方法及用其吸附甲苯的條件與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅猛發(fā)展，二氯甲烷、甲苯、二甲苯、苯等芳香族、鹵代烴、醛酮類、 酯類、醇類等有機(jī)溶劑廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、涂布、醫(yī)藥、橡膠、樹脂、印刷等各個(gè)領(lǐng) 域。這些揮發(fā)性有機(jī)溶劑大多具有毒性，而其中相當(dāng)一部分最終以有機(jī)廢氣的形式排入大 氣中，造成大氣被嚴(yán)重污染。如果處理不當(dāng)，即造成原材料的損耗，又污染環(huán)境，更為嚴(yán)重的 是對(duì)人類健康的損害。國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)工作的日益重視，對(duì)大氣排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，使得 有機(jī)廢氣的回收處理勢(shì)在必行。從工業(yè)排放的有機(jī)廢氣中回收有機(jī)溶劑，即可以減少對(duì)環(huán) 境的污染，又回收了寶貴資源。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于工業(yè)有機(jī)廢氣的處理回收方法主要有：熱力焚燒法、冷凝法、吸附 回收法，其中吸附回收法是用活性炭對(duì)有機(jī)廢氣進(jìn)行吸附凈化，其實(shí)質(zhì)是利用活性炭高強(qiáng) 度吸附的特性把廢氣中的有機(jī)溶劑吸附到活性炭中并濃縮，經(jīng)活性炭吸附凈化后的氣體直 接排空，這是一個(gè)吸附濃縮的過(guò)程，并沒有把有機(jī)溶劑處理掉，是一個(gè)物理過(guò)程。當(dāng)吸附的 有機(jī)物達(dá)到規(guī)定的吸附量時(shí)，則停止使用，吸附后的有機(jī)物經(jīng)脫附后回收。吸附劑在吸附飽 和后，可經(jīng)過(guò)再生程序，循環(huán)使用。
[0004] 活性炭的吸附特性取決于其發(fā)達(dá)的孔結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的表面化學(xué)性質(zhì)。針對(duì)如何提高 活性炭的吸附性能，研宄者從新型碳材料的制備和普通活性炭改性兩方面入手，取得了一 系列研宄成果。用在吸附領(lǐng)域的新型碳材料主要指的是活性炭纖維，但其制備過(guò)程往往非 常復(fù)雜繁瑣，造價(jià)也遠(yuǎn)高于普通活性炭，且使用條件比較苛刻。上述缺點(diǎn)制約了活性炭纖維 在工業(yè)中的廣泛使用。目前，工業(yè)上用于氣體脫除的碳材料仍然是普通活性炭。
[0005] 目前，負(fù)載型活性炭已被用于脫硫或分離乙烯-乙烷等其他體系，但尚未用于吸 附甲苯體系，針對(duì)氣體中甲苯的吸附脫除多采用的是未負(fù)載金屬的活性炭，如中國(guó)發(fā)明專 利03159299. 6提供了一種甲苯廢氣回收方法，甲苯回收率可達(dá)65%，凈化后的凈化氣的甲 苯含量< 40mg/m3,達(dá)國(guó)標(biāo)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在常溫下，活性炭的飽和吸附量可滿足一般吸附要求， 但在高溫下活性炭的吸附量卻很小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明目的是提供一種載銅活性炭的制備方法及用其吸附甲苯的條件和裝置。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種載銅活性炭的制備方法，包括如 下步驟： (1) 配制浸漬液：將已稱量好的銅鹽溶解于0. 1~l〇mol/L的酸溶液中，在20~80°C 的溫度下配制成浸漬液； (2) 浸漬活性炭：采用浸漬法，將粒度100目~10目的活性炭浸漬于上述的浸漬液中， 浸漬后銅元素與活性炭的質(zhì)量比為0. 03~0. 3 ; (3) 浸漬：將浸漬活性炭后的溶液于室溫下放置3~15小時(shí)； (4) 干燥：浸漬后的活性炭放置于150°C氮?dú)庵懈稍?~8小時(shí)，得到載銅活性炭。
[0008] 其中，所述步驟（1)中的銅鹽為氯化銅、硝酸銅、硫酸銅、醋酸銅、草酸銅中的一種 或幾種混合； 所述步驟（2)中的浸漬法為等體積浸漬法和過(guò)量浸漬法中的一種。
[0009] 進(jìn)一步，所述步驟（1)中的氯化銅為二水氯化銅（CuCl2 . 2H20)，分子量為170 ; 酸溶液為lmol/L的鹽酸溶液。
[0010] 其中，所述步驟（2)中的活性炭為木質(zhì)、煤質(zhì)、果殼或椰殼顆?；钚蕴?。
[0011] 其中，所述步驟（2)中，浸漬后銅與活性炭的質(zhì)量比為0. 18~0.2 ; 所述步驟（3)中，浸漬時(shí)間為12h，若浸漬過(guò)程中輔助以超聲震蕩，浸漬時(shí)間可縮短2~ 5小時(shí)。
[0012] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種利用上述的載銅活性炭吸附甲苯的吸附條件，吸附前， 對(duì)載銅活性炭進(jìn)行還原處理，將二價(jià)銅離子還原成一價(jià)亞銅離子，具體操作為：將載銅活性 炭裝填于吸附柱中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下270~400 °C還原1~6h ; 載銅活性炭在吸附柱中被還原后無(wú)需卸除，降溫后直接用于甲苯吸附實(shí)驗(yàn)，吸附條件 為：甲苯氣源中甲苯含量< 8%，吸附壓力0~IMPa，氣體流量< 400mL/min，吸附溫度40~ 200。。。
[0013] 其中，若還原溫度低于所述范圍，無(wú)法完成二價(jià)銅到一價(jià)銅的轉(zhuǎn)變，若還原溫度過(guò) 高，則二價(jià)銅離子可能被過(guò)度還原為〇價(jià)銅。還原操作的時(shí)間1~6h均可，最佳是3h。本 發(fā)明的還原操作所用氣體為氮?dú)?，氮?dú)怆m然不是還原性氣體，但氮?dú)鈿夥罩卸r(jià)銅和活性 炭表面基團(tuán)可進(jìn)行自還原反應(yīng)。若采用還原性的氣體，如氫氣、一氧化碳等也可達(dá)到相同效 果，但從經(jīng)濟(jì)性和安全角度考慮，最好采用氮?dú)狻?br>[0014] 本發(fā)明實(shí)施例還提供一種利用上述的載銅活性炭吸附甲苯的裝置，包括氮?dú)馄俊?減壓閥、甲苯氣化裝置、第一閥門、第二閥門、第三閥門、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)、 內(nèi)設(shè)載銅活性炭的吸附柱、加熱爐、精密壓力表、第二微量調(diào)節(jié)閥和六通閥； 所述吸附柱設(shè)于加熱爐內(nèi)； 所述減壓閥設(shè)置于連通氮?dú)馄亢图妆綒饣b置的管道上； 所述第一閥門和第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)依次設(shè)置于連通甲苯氣化裝置和吸附柱的進(jìn)氣口的 管道上； 所述第二閥門設(shè)置于連通氮?dú)馄亢臀街倪M(jìn)氣口管道上； 所述第三閥門設(shè)置于連通第二閥門和吸附柱出口的管道上； 所述精密壓力表設(shè)于吸附柱的進(jìn)氣口處； 所述吸附柱的出氣口通過(guò)一設(shè)有所述第二微量調(diào)節(jié)閥和第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)的管道與六 通閥相連，凈化后的氣體流經(jīng)所述六通閥后排空。
[0015] 上述的載銅活性炭吸附甲苯的裝置還包括程序控溫儀，其與所述加熱爐相連。
[0016] 上述的載銅活性炭吸附甲苯的裝置還包括第一微量調(diào)節(jié)閥，其設(shè)置于與所述吸附 柱的進(jìn)氣口相連、用于再生時(shí)在線分析的氣管上。
[0017] 上述的載銅活性炭吸附甲苯的裝置還包括氣相色譜儀，凈化后的氣體以通入所述 六通閥的氫氣為載氣，自所述六通閥流出至氣相色譜儀。
[0018] 上述的載銅活性炭吸附甲苯的裝置包括3條通路，分別是： (1)再生時(shí)在線分析通路，減壓閥、第二閥門、第三閥門和第一微量調(diào)節(jié)閥打開，第一閥 門和第二微量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，氮?dú)庾鳛榇祾邭?，從吸附柱下方流入，上方流出，把吸附在吸?劑上的甲苯置換出來(lái)，脫附氣進(jìn)入氣相色譜在線分析。
[0019] (2)含甲苯氣源的凈化通路，減壓閥、第一閥門和第二微量調(diào)節(jié)閥打開，第二閥門、 第三閥門和第一微量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，常態(tài)為液態(tài)的甲苯在甲苯氣化裝置內(nèi)氣化后與氮?dú)馄苛?過(guò)來(lái)的氮?dú)饣旌希缓蠼?jīng)由吸附柱凈化其內(nèi)的甲苯，凈化后的氣體由六通閥排空。
[0020] (3)吸附效果檢驗(yàn)通路，減壓閥、第一閥門和第二微量調(diào)節(jié)閥打開，第二閥門、第三 閥門和第一微量調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，常態(tài)為液態(tài)的甲苯在甲苯氣化裝置內(nèi)氣化后與氮?dú)馄苛鬟^(guò)來(lái) 的氮?dú)饣旌?，然后?jīng)由吸附柱凈化其內(nèi)的甲苯，凈化后的氣體以氫氣為載氣被送入氣相色 譜儀，由氣相色譜儀顯示的色譜來(lái)分析吸附柱的吸附效果。
[0021] 本發(fā)明利用載銅活性炭吸附甲苯的理論依據(jù)為：甲苯中苯環(huán)的共軛π鍵可與銅 離子外層s空軌道重疊形成σ鍵，與此同時(shí)，苯的π ?反鍵空軌道與金屬的d軌道重疊形成 絡(luò)合鍵。這種31絡(luò)合吸附作用力強(qiáng)于物理吸附作用力。因此在某些場(chǎng)合，例如高溫下， 當(dāng)物理吸附作用力很弱時(shí)，π絡(luò)合吸附依然可以發(fā)揮作用，從而增強(qiáng)吸附劑的吸附能力。而 π絡(luò)合吸附作用力又弱于化學(xué)吸附作用力，故又可以很方便的實(shí)現(xiàn)吸附劑的再生。
[0022] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 本發(fā)明將金屬元素銅浸漬于活性炭上，制成載銅活性炭，提高活性炭的吸附能力，對(duì)甲 苯的飽和吸附量可提高20%~120%。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1是本發(fā)明中利用載銅活性炭吸附甲苯的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中相同吸附條件、不同負(fù)載量的吸附劑的吸附特性對(duì)比圖。
[0024] 其中：1、氮?dú)馄浚?、減壓閥；3、甲苯氣化裝置；4、第一閥門；5、第二閥門；6、第一 轉(zhuǎn)子流量計(jì)；7、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8、吸附柱；9、加熱爐；10、程序控溫儀；11、精密壓力表； 12、第一微量調(diào)節(jié)閥；13、第二微量調(diào)節(jié)閥；14、氣相色譜儀；15、六通閥；16、第三閥門。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 一種載銅活性炭的制備方法，包括如下步驟： (1) 配制浸漬液：將已稱量好的二水氯化銅（CuCl2 . 2Η 20)溶解于lmol/L的鹽酸溶液 中，在20~80°C的溫度下配制成浸漬液； (2) 浸漬活性炭：采用等體積浸漬法或過(guò)量浸漬法，將粒度100目~10目的活性炭浸 漬于上述的浸漬液中，浸漬后銅元素與活性炭的質(zhì)量比為〇. 03~0. 3 ; 其中，活性炭可選用木質(zhì)、煤質(zhì)、果殼和椰殼顆?；钚蕴恐械囊环N或幾種混合。浸漬后 銅與活性炭的最優(yōu)的質(zhì)量比為〇. 18~0. 2。
[0026] (3)浸漬：將浸漬活性炭后的溶液于室溫下放置3~15小時(shí)； 其中，最優(yōu)的