不同吸收液处理甲苯废气研究
The Study on Treatment of Toluene Waste Gasby Different Absorption Liquid
图1 甲苯气体发生和吸收装置
1. 沙浴锅 2. 甲苯 3. 硅胶干燥管 4. 气体流量计 5. 采样器气泵 6. 吸收液管 7. 气体采样器
2.1 最佳甲苯进气流量的确定
通过控制单一因素法,由于甲苯沸点为110.6℃,故使用沙浴锅对甲苯进行加热以将甲苯液体转化成气体,沙浴锅温度控制在120℃左右,经软导管进入大气采样器中,以4% BDO为吸收剂,进行甲苯气体的吸收。以大气采样器进行甲苯吸收实验,勿需搅拌装置促进甲苯的吸收,通过控制流速就能控制,本实验控制进气量为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5L/min,然后由液相色谱仪测定出不同进气量的甲苯峰面积,在标准曲线上查得甲苯浓度,绘制甲苯进气流量-30min吸收量曲线,由曲线选择出BDO吸收液最佳的甲苯进气流量。
2.2 最佳吸收时间的确定
同样,通过控制单一因素法,在最佳的甲苯进气流量的条件下,以吸收时间作为变量选择出最佳的吸收时间,控制吸收时间为10、20、30、40、50、80min,根据液相色谱图,在甲苯的保留时间内得出甲苯的峰面积,根据标准曲线方程计算得出甲苯含量,由此绘制吸收时间-吸收量曲线,选择出最佳的吸收时间。
2.3吸收剂的筛选
根据以上实验确定出最佳的甲苯进气流量、吸收时间。选择BDO、DEHA、柠檬酸钠、干薄荷提取液、鲜薄荷提取液五种吸收剂,以及五种吸收剂分别与薄荷精油按照95:5的比例进行配制,另加薄荷精油和美国产品,共12种吸收液。由于BDO、DEHA、柠檬酸钠都溶于水,所以,可以配置不同浓度的三种吸收剂。
利用文献提供的最佳吸收液配方,即使用4%的BDO、5%的DEHA、10%的柠檬酸钠,在带有打孔橡胶塞的锥形瓶内加入100ml甲苯溶液放入沙浴槽内,橡胶塞上有两路玻璃导管,一路用于甲苯气体经软皮导管进入大气采样器;一路用于缓解锥形瓶内压力变化,以防由于气压变化问题而引起吸收液倒吸。由于甲苯的沸点为110.6℃,故沙浴槽内温度控制在120℃左右,经软皮导管进入大气采样器里,进行吸收液的甲苯吸收实验。
以上12种吸收液在最佳的吸收条件下同上实验步骤进行甲苯的吸收,然后,经液相色谱仪测定各吸收液的色谱图,根据甲苯的峰面积以及标准曲线方程计算得出甲苯含量并记录数据。
2.4 最佳吸收液浓度优化
选择DEHA溶剂作为配比优化实验,其浓度为2%、5%、10%、20%、30%、40%、50%,同样,在最佳的吸收条件下同上实验步骤进行甲苯的吸收实验,而后经液相色谱仪测定各浓度下的色谱图,根据甲苯的峰面积和标准曲线方程计算出各浓度下的DEHA对甲苯的吸收量,记录数据。绘制浓度-吸收量曲线,经比较选择出最佳处理甲苯气体的DEHA吸收液质量分数。
2.5 吸收剂与薄荷精油配比筛选
根据上述实验步骤选择出吸收甲苯效率较好的吸收剂,吸收剂与薄荷精油按照99:1、98:2、97:3、96:4、95:5、94:6、93:7的比例配制混合液,然后依次经液相色谱仪测定在甲苯的保留时间处出峰的峰面积,记录数据,最后根据峰面积和标准曲线方程计算得出混合吸收液中甲苯的含量,绘制百分比-吸收量曲线,确定最佳的吸收剂与薄荷精油的混合配比。通过峰面积以及标准曲线方程计算出各吸收剂和植物提取液中甲苯的含量,绘制曲线和表格选择出最优的吸收剂和吸收液配比。
4.1 标准曲线的绘制
(1)甲苯保留时间的确定
按照上述实验方法确定甲苯的保留时间,0mg/L、10mg/L浓度的标准溶液经液相色谱仪测定的色谱图如图3-4、3-5所示,故由此确定甲苯的保留时间为6.682min。
(2)标准曲线绘制
根据上述实验方法,经液相色谱仪测出甲苯的保留时间为6.682min,然后,按照实验步骤配制标准溶液,经液相色谱仪测定标准溶液中甲苯的峰面积,记录数据如表1,绘制浓度-峰面积的标准曲线,得出标准曲线方程,y=1240.2x 。
表1 标准溶液中甲苯浓度
浓度(mg/L) | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 |
峰面积(微伏[img=,8,]file:///C:/Users/maqy/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png[/img]秒) | 0 | 14771 | 27694 | 38836 | 49827 | 57989 |
图4 标准曲线
4.2 最佳条件的选择
(1)最佳甲苯进气流量的选择
按照上述实验步骤利用液相色谱仪测定甲苯在6.682min左右出峰的物质即为甲苯,选择4%BDO吸收剂,经液相色谱仪测定,在254nm波长下微积分得出甲苯出峰的峰面积,以甲苯进气流量为0.3L/min为例,其色谱图如图5、6,根据甲苯峰面积以及标准曲线方程,计算得出BDO中甲苯含量,其数据记录如表2。
表2 不同甲苯进气流的吸收情况
序号 | 进气流量(L/min) | 吸收温度℃) | 峰面积(微伏[img=,6,]file:///C:/Users/maqy/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image012.png[/img]秒) | 浓度(mg/L) |
1 | 0.1 | 10 | 1409 | 1.1361 |
2 | 0.2 | 10 | 54045 | 44.5776 |
3 | 0.3 | 10 | 44706 | 36.0474 |
4 | 0.4 | 10 | 11267 | 9.0848 |
5 | 0.5 | 10 | 4406 | 3.5527 |
图5甲苯进气流量为0.3L/min的色谱图 图6 甲苯进气流量-30mim吸收量曲线
根据甲苯进气流量-30mim吸收量曲线得出最佳的甲苯进气流量为0.2L/min。
(2)最佳吸收时间的选择
控制甲苯进气流量为0.2L/min,设计不同的吸收时间,其数据记录如下表3。
表3 吸收剂吸收时间表
序号 | 吸收时间 (min) | 进气流量 (L/min) | 吸收温度(℃) | 峰面积 (微伏[img=,8,]file:///C:/Users/maqy/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png[/img]秒) | 吸收量 (mg/L) |
1 | 10 | 0.2 | 10 | 1385 | 1.1168 |
2 | 20 | 0.2 | 10 | 14269 | 11.5054 |
3 | 30 | 0.2 | 10 | 55595 | 44.8274 |
4 | 40 | 0.2 | 10 | 54523 | 43.9631 |
5 | 50 | 0.2 | 10 | 55324 | 44.6089 |
6 | 80 | 0.2 | 10 | 55920 | 45.0895 |
由表3可知,当吸收时间为30min时,吸收量最好。根据液相色谱仪测出的甲苯含量,绘制吸收时间-吸收量的曲线如图7和8所示。
由吸收时间-吸收量曲线得出最佳的吸收剂吸收时间为30min,由以上两实验结果得出最佳的甲苯吸收条件为:甲苯进气流量为0.2mL/min ,吸收剂吸收时间为30min。
4.3 吸收剂的筛选
(1)实验数据
在最佳吸收条件下按上述实验步骤进行下列吸收液吸收甲苯实验,然后,经液相色谱仪测定甲苯的峰面积并由标准曲线方程计算得出甲苯浓度,记录数据如表4。
表4 吸收剂筛选表
序号 | 吸收剂用量 (按查阅最佳浓度) | 进气流量 (L/min) | 吸收温度 (℃) | 峰面积 (微伏[img=,8,]file:///C:/Users/maqy/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png[/img]秒) | 30min吸收量 (mg/L) |
1 | 4%BDO(1,4-丁二醇) | 0.2 | 10 | 54411 | 43.8728 |
2 | 10%柠檬酸钠 | 0.2 | 10 | 17881 | 14.4179 |
3 | 干薄荷提取液 | 0.2 | 10 | 13044 | 2.4544 |
4 | 鲜薄荷提取液 | 0.2 | 10 | 17781 | 6.2740 |
5 | 5%二乙基羟胺(DEHA) | 0.2 | 10 | 41237 | 33.2503 |
6 | 薄荷精油(80%) | 0.2 | 10 | 12525 | 10.0992 |
7 | BDO+薄荷精油(95:5) | 0.2 | 10 | 42618 | 33.3742 |
8 | 柠檬酸钠+薄荷精油(95:5) | 0.2 | 10 | 14026 | 11.3095 |
9 | DEHA+薄荷精油(95:5) | 0.2 | 10 | 13881 | 11.1925 |
10 | 干薄荷提取液+薄荷精油(95:5) | 0.2 | 10 | 16147 | 13.0197 |
11 | 鲜薄荷提取液+薄荷精油(95:5) | 0.2 | 10 | 14776 | 12.0376 |
12 | 市售吸收剂(美国) | 0.2 | 10 | 48055 | 38.7478 |
由表4得出4%浓度的BDO对甲苯具有较好的吸收效果,同样,BDO与薄荷精油的混合溶液对甲苯具有较好的吸收效果。而且BDO的吸收效果要优于美国市售产品,美国市场商品的色谱图如图9。
图9 美国市场商品的色谱图
(2)吸收液参数优化
由于现有文献已有采用4% BDO作为吸收液的研究,故在此不再进行吸收液浓度优化,为此选择吸收效果次之的DEHA进行浓度优化。
选择DEHA溶剂作为配比优化实验,实验步骤同上,数据如表5,其色谱图如图10,浓度-吸收量曲线如图11。
表5 DEHA吸收液参数优化表
序号 | DEHA吸收液 配比 | 进气流量 (L/min) | 吸收温度 (℃) | 峰面积 (微伏 | 30min吸收量 (mg/L) |
1 | 2% | 0.2 | 10 | 24299 | 19.5928 |
2 | 5% | 0.2 | 10 | 41237 | 33.2503 |
3 | 10% | 0.2 | 10 | 27119 | 21.8666 |
4 | 20% | 0.2 | 10 | 20727 | 16.7126 |
5 | 30% | 0.2 | 10 | 14931 | 12.0246 |
6 | 40% | 0.2 | 10 | 11093 | 8.9445 |
7 | 50% | 0.2 | 10 | 10042 | 8.0971 |
经比较得出DEHA最佳处理甲苯气体的质量分数为5%。
(3)吸收剂与薄荷精油配比的筛选
同以上实验步骤进行实验,选择最佳的BDO与薄荷精油的配比,记录实验数据如表6,根据表格数据绘制BDO与薄荷精油的百分比-吸收量曲线如图12。
表6吸收剂与薄荷精油配比筛选表
序号 | BDO:薄荷精油 | 进气流量 (L/min) | 吸收温度 (℃) | 峰面积 (微伏[img=,8,]file:///C:/Users/maqy/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image008.png[/img]秒) | 30min吸收量 (mg/L) |
1 | 99:1 | 0.2 | 10 | 55401 | 44.671 |
2 | 98:2 | 0.2 | 10 | 51023 | 41.1409 |
3 | 97:3 | 0.2 | 10 | 49367 | 39.8057 |
4 | 96:4 | 0.2 | 10 | 44765 | 36.095 |
5 | 95:5 | 0.2 | 10 | 42618 | 34.3638 |
6 | 94:6 | 0.2 | 10 | 38742 | 31.2385 |
7 | 93:7 | 0.2 | 10 | 30412 | 24.5219 |
图12 BDO与薄荷精油的百分比-吸收量曲线
4.4 吸收废液的处置