氢氧化钾浸渍活性炭对硫化氢气体的脱除

4 4 碳 素 一 午 7 氢氧化钾浸渍活性炭对硫化氢 气 体 的 脱 除 燮 qI- 一一 ， l 丫一， ， ( 国营新 华化工厂 设计 研究所 ) 摘娶KOH浸渍 的拉状活性 炭， 以少量Na PO 为润湿 卉 q ，对低 浓度H 2 S 具有颇好的动态吸附性能，特剁是在高相对湿度下。 若以PO试莉代替N a 。 P O 。 ， 这一吸附性能将会提高至新水平。 滤毒罐试验证实： 若 用粒度较小的活眭炭作 为 基质， 同样浸渍 以KOHz e P O试剂，却 显示此使 用Na F O 的浸渍炭好得 多 的 吸 附低浓度Ht s的能力。KOH浸渍炭的托点是， 能 取较高的速 度吸 附H： S 。 嘏 饵浸 渍活性 炭硫 化 氢吸 附 闰涅剂 一 、引 言 当前，我国较普遍存在H s 污染。在高硫煤矿矿坑中，在一部分农药广中，H： s 气 体污染迄今依然没有很好治理。在欧美国家，早 先采用Na O H渍活性炭 脱 除 。 后 来 K OH浸渍活性炭取而代之。K OH浸渍活性炭装于个体或集体防护器材里，可用来 解 决 以上场 合的H。 s 污染。 二、实验和结果 1 H： S穿透 窖量 的舅定 ( 1 )试验条件 测 定管 试验 t 温度和相对湿度 ( RH) 1 7 3 0 2 3 、7 8 8 2 ；流量1 7 1 L mi 混 台 气流 中H z S 浓 度1 5 2 1 5 mg L测 定管直径2 0 e raJ炭 层高 度1 5 2 c m、9 0 e ra。 滤毒罐试 验： 流量3 0 L ml n 混台气流中H 2 s 浓度7 1 rag L ，罐内浸渍炭装填量7 0 0 m L， 温 度、湿度和测 定管 试验条件相 同。 ( 2 )试验过程 测 定管试验： 维普资讯 1 9 9 2 2 碳 素 4 5 由Na z S 和H S O 反 应生成 的H s ，经 流量计 同通过调温 器而 来的湿 空气 混台于 混 合器 一路 由吸收j 瓯内的 2 z n ( CH。 COO) 溶液吸收， 供测定H S流浓度，另一路进入 测 定管， 由指 示 瓶内的 2 P b CH。 COO) 。 溶液指示穿透点 。一 部分 试验则 由sP一3 4 0 7 气 相 色谱 仪上 的 火焰光度检测器 ( F PP)测 出H s 透过浓 度达到5 0 p p m前这段 时问( 防 护 时问)。 滤毒罐试验： 将7 0 0 mL 浸渍 活性炭装 于我厂出产的 M P 滤毒 罐中。经 过湿度调节器的 温 空 气 和 H： S 混 台于 混合器后分为 两路：一路 由吸 收瓶内2 O zn( CH。 COO) 溶液吸 收 ，供 测 定 敬度用。 另一 路进 入装 有 浸渍炭的 滤毒罐。 由孔扳 流量 计控制 流遥， 用 指 示 瓶 中的 KMn Ot 溶液指示终点。 2 。K O H浸渍活性炭 的爿备 以新 华化 工广 生产的活性炭作 为载 体。按3 5 5 0 的浓度配制KOH溶 液 ， 另加 微量 Na 。 P O 为润湿 剂，将该溶 液保持于 2 5 7 5 2 以下 。用 常 规的浸渍法或经 喷淋 载持 予 荧上， 使之 达擞量之7 5 1 ： 0 为止 3 K OH浸渍炭 的性能改进 针对KO H浸渍炭吸收K OH 溶液慢的特点， 首先增加Na 。 P O 的用量。 N a 。 P O。 提高至 1 O 以上，润湿效果有 改善，但H s 穿透容量降低了 。后来 改用PO试 剂， 润湿效果 有改善，随之且H s 穿透容量也有较大幅度提高。用 P O 试剂时，配制很稀溶液 ，混 于 K 0H 溶液内，经浸渍 ( 或唢淋)于炭上。 挑选较合适载体炭，可较大 幅度提高H z s 穿透容量 。先 后 用 Dx一 3 O 、zL 一 3 O ， Zz一 1 5 和本所 自制的活性炭 P 4 0 。以D x一 3 0 炭制成 的K0H浸 渍 炭 性 能 最 好。加 P O试 剂后穿 透容量提 高 电最多 。用本所 自制的 P - 4 0 炭，加 P O试剂，可 缩 短 吸收溶 液时 间， 但H s 穿透容量不见有 明显改善。结果见表 1 表 中编 号有 s 的样 品， 都是KO H 浸溃活性炭。所列样 品含水分都是 1 5 ，并 于8 O RH下试验，Kz l 5 5 除外。 4 不同 湿度下 的试验 浸渍活性炭 于不 同显度下 往往显示不 同的 净化性 能。在有H z s 须净化 的系统 内，也 就是使用KOH浸渍炭 的系统 内往往湿度不一 故有 必要 在 自身 含1 5 的 水 分 和8 O RH下进行 试验外，进行KOH浸渍炭 于0 5 0 RH、8 o 8 o ZRH下脱 除H。 s 的 测 定 管 试验。测定管防护时间有两种：一种由P b( C H。 C OO ) 溶液变色确定，另一种由 色 谱 仪检测 至H。 S流出浓 度达 5 0 p p m这一段 时间决定。结果见表 2、 表 3。还 进行滤毒罐试 验， 以 活性炭D) c 一3 O 、zL 一 3 0 和z) 0 1 5 为裁体制备的KOH浸渍炭， 按相应的要求， 装在 M P 罐内，进 行试 验。结果 见表 4。 维普资讯 4 6 碳 素 表 1 KO H浸 渍炭对H S 基 本吸 附数 据 样 品 名 称 【 艘器 DX S 一 3 0 - 2 DXS 一3 0 3 DX S - 3 0 - 4 DX S一 3 0 - 5 ZLS - 3 o - 1 ZLS - 3 g - 2 ZLS 一 3 0 - 3 PT $ - 4 0 - 3 PT S l 0 - 4 ZZ S - 3 0 - 7 KZ- 1 5 - 4 J I 墨 塑 【 主 l 5 O 1 4 57 1 4 9 9 1i 4 7 1 4 5 7 1 4 6 0 1 4 43 l 5 1 6 15 1 6 1 4 5 15 5 0 1 01 0 90 0 1 05 8 1 38 0 1 05 5 8 6 0 1 03 0 77 5 8 4 0 1 21 0 伯3 表 2 气相 色谱仪检测连过浓度 的结 果 1 扣 去 水 秉 蘸 l 盏 柔 霉 时 护 O p p m $ 0 p p m 下 H 2 S 穿 遘 晷 量 样 品 上 浓 窿 提 高 水 升 台 I 丹 样 品 盖 要 冀l ( w 容w 量) I ( i ) ( w w ) ( m g L ) ( a ：对 a 1 ) ( ) 样 品 名 称 量 穿 遥 容 量 ( g) ( a t ) ( ) ZLS一 3 0 1 7 I 2 2 7 0 3 8 1 3 1 0 3 1 1 4 6 1 5 O 0 4 1 O 0 0 1 ZLS一 3 0 1 7 2 2 3 9 8 4 【 l O 1 9 1 0 3 1 2 5 5 1 5 8 8 2 S 1 6 6 4 3 DXS 一 3 0 3 3 2 2 8 7 1 1 2 l l 2 6 6 1 4 9 1 4 O B 1 5 4 3 1 1 0 6 6 4 5 D XS 一3 O 一3 3 2 2 7 3 1 2 5 l I 3 0 2 1 4 3 1 4 8 8 1 3 8 5 1 4 2 9 6 1 6 说明t ( 1)表 2中第一行为水分含量达1 5 的炭撑于8 O R H下 的试验( 1 5 8 0 RH) 第二行至第四行为( 8 0 8 0 ) RH下的试验 。 ( 8 0 8 O ) RH中 的 第一 个数 字表示样 品在8 0 RH下平衡过。第二个数 字8 0 表示样 品于8 0 ZRH的H： s 气 流中测定。 ( 2) 表 1、表 2测 定管装填高度 为1 5 2 c m。 表 3 不 同湿度下 除H： S的试验 结果 圳刑 坍 里 叮1 日I ( ， ) ( g ) ( ragf L) ( ， w) ( g c m ) 皿i n、 ： 0 - 5 c 0 0 “ 4 9 1 5 3 1 0 1 6 0 0 90 1 0 少量 p O 0 -5 c 1 6 0 6 1 5 4 5 9 6 6 0 0 5 5 5 B 0 8O 一 81 2 0 1 9 l 6 北 1 9 3 北 7 丁 0 0 73 8 0 4 少 世 Po 0 5 I l 6 0 6 1 3 5 8 8 0 0 5 0 5 4 8 8 O 一 2 O 0 8 1 5 58 l 5 1 7 l 0 5 5 0 05 8 B 7 0 0 - 5 l 6 89 1 5 98 7 3 0 0 4 43 2 I 3 1 5 17 4 6 2 O 0盯 2 8 8 8O 一 8 1 9 0 7 1 6 3 1 0 -5 l5 8 0 1 7 58 5 5 2 0 03 1 24 7 说 明：上表测 定管炭 层装 填高 度为9 O c m。 表 中水分 含量为 试验前样 品 的测定结果 。 慨 哪 咄咄叭 O O O O 0 0 O 0 0 0 0 船 = 窖 孙 扣 虬 坫 坫 蛆 姐 北 他 仲 n N 曲 蛆 ： ： 2 勰 壮 站 勰 北 拈 否 否 有 有有否 有有否有吾 维普资讯 碳 素 4 7 表 4 K0H浸渍炭脱除H： S的滤毒罐 试验 忤 曲 杯 试 剂 否 RH 1 RH， RH 旮 匝 l5 5 0 l i 5 8 O 8O 一 8 0 DXS一 3 O 一 4 有 2 1 4 o 谭z 6 3 2 3 9 o R H下z l 5意义 u DXS一3 0 1 否 1 6 o 8 1 8 5 4 1 9 6 1 表 2后 所 述 ZLS - 3 O 一 1 有 1 9 7 1 2 1 O 7 ZL S 一 3 o - 2 否 1 4 4 O 1 7 7 4 Z XS l 5 1 有 3 28 O 3 7 4 3 的 数据 为 。一 5 O RH的结 果 ZXS一 1 5 2 否 2 2 8 O 2 3 O 9 的 数据为 O 一 8 O RH 结果 M P 一 8 目 一 4 否 2 0 6 o 2 0 6 O 1 1 0 2 三、讨 论 1 机理 初探 KOH浸 溃炭脱 涂Hz s的机理 ，可 用 以下化学方程式 表示 ： 2 KOH +H 2 S K 2 S+ 2 H 2 O 空 气 2 K 2 S + 3 O 2 K 2 SO 3 K 2 S( x 一 1 ) H S + O ： 一 K ： sx+ ( x 一 1 ) H ： O 根据方程 式要求，利 用H s 浓 度、 流量、防护 时间以及 KOH浸渍量等 数 据 ，按第 一 个化学方程式进行近 似计 算。就Dxs 一 3 0 2而言 ，测定管 中所装 的1 9 7 4 g炭 上 的 KOH浸渍量，假定能 够最充分 地跟H： s 作用 ，反应也 只 能 延 续2 2 mi n 。实际上仅p b ( AC) 溶液指示 的防 护对 间就 长达 1 0 5 mi n 。可见 ，就本 试 验的动 态 活 性 所 进行 的深度 下 ，KOH浸渍炭之脱除H s ，主要是靠K s x 的形 成。表 3上可 列的表征物理 吸附的活 性炭 zx一 1 5 的防护时间 只有 1 rai n ，可 略而不计 。另一 方面，活性炭 的 硫 容 量又是很 大的。KOH浸渍炭 的优 点是脱除速 度快 。 2 KO H浸渍炭对H s 的脱 除厦PO试瓤 的作 用 t XOH及微量Na 。 PO 混 台溶液 浸渍而成 的KOH浸渍炭，对H z s的脱 除 性能相 当 可 观。KOH浸渍活性炭有相 当好 的脱除低浓 度 H z s的 性 能 。 从表 1中Dx s 0 2、 Dx一 3 0 3和z L s 一 3 0 2同Kz一 1 5 4的0 5 O 试验数据比较 中，可 知 前两类 样品 的穿透容量 ，分 别比后 者高 出9 9 5 和5 8 4 ，更不 用 说对后者 g J S 0 S 0 Hz S 穿 透容 量 的提高百分比 了。 维普资讯 e 碳 橐 1 9 9 2 ， 2 添加 PO试剂后 ，可 缩 短浸渍或喷淋时间，使活性炭 易吸收KOH溶液 。吸 收 时 间缩 短，在D) 0 3 0 上 表现最突 出，可缩 短三分 之一。这就是 说，溶液同炭孔 隙 表 面接触 角 变 小了。结 果，炭表面 易被KOH溶液 润湿 随之而来， 必然是 ： KOH溶液能 够 被 吸入更 小的孔隙，溶液能 被分 敞得更广 泛、更均 匀。这样 ，就提高了脱除H： s的 性 能 。但是 P O 试剂的作用，不仅在于此，还在于能冲制炭表面的氧化，一定程度上减 少KO H的变 质。 在研究工作中所用的四种活性炭的基本 性能有差别，浸渍上KO H溶 液后 脱除H s 的性能也 必然不 同，但问题在于用了 P O试剂 后，对四 种炭 产生 的效应不 同。就D) 0 3 O ZL 一 3 0 和zz一 3 0 这三种炭而言 ，每 一类炭 的试验结果中加 PO的结果 ， 跟 不 加 的 结 果比 较 ， 提 高幅度分 别是 2 4 7 0 、 】 3 6 2 oA和 1 4 1 9 ，将 吸 收量达1 5 的两种 浸渍炭 密闭存放两年后，加P O 试剂的浸渍炭显示的H s 穿透容量依然以类 似 于 新 鲜 炭 的幅 度 ，大 于不加 PO试 剂 的浸渍炭 。对于 P， 一 4 0 ， 添J J g VO试剂 没有 效果。 PO试剂在四 种 炭 上的效应 迥然不 同，其中主要原因在于炭上有无表 面 碱性 氧 化 物。 PO可 否 提 度性 能，可能是以炭上有无表面碱性氧化物为前提。P 一4 0 是 在无氧气氛里活 化 后 经妥善 聍存，并 马上进 行试验 的，故 无有实 际意义 的表面碱性氧化物可言。 3 不 同湿度下性能 测定 表 3 测定管数据主要告诉我II J KO H浸渍炭于0 5 O 、8 O 一8 O R H下， 对H。 s 有 良 好防护作用， 尤其是在后面情况下。 新华厂生产的Kz 一1 5 2 、K z 一1 5 4 这两种浸渍 活性 炭的脱除H s 性能远不如KOH浸渍炭，两 种炭 在两种湿度下对H s的穿透 容 量 以 8 O 一8 0 RH下 为最小 。Kz l 5 4于8 0 8 0 下可 以说，基本 无防护作用 。 姒H s 透过瞅度达到5 0 p p m作为防护时间的终点，这是美国某公司对KO H浸渍炭穿 透容量测定条沣的规定。以D X-3 0 和z L 3 O 炭制备的KO H浸渍炭的这一穿 透 容 量， 分别比p b ( C H c OO ) ： 溶液显示的( 同Ht s 的2 p p m透过浓廖相当) 长1 】 1 4 和2 3 4 1 。以 表 2中第 l行 和第 2行 的H s 穿透容量进行 比较 ，RH为8 O 一 8 O 的试 验 数据 比1 5 8 O 的数据高9 5 。 滤毒罐试验有决定意义。D Xs 一3 O 和zL s 一3 0 中加 P O 试剂的样品， 在8 0 8 0 R H 下 的防 护时 间分别 比不加 的样 品高2 1 9 和 1 8 6 。不但如此，对于粒度较小 的zx一 1 5 ，加有 P O 试剂的样品于8 0 8 0 oAR H下对H： s 的穿透容量提高更多 ，为 3 7 4 份 对2 3 1 份 ，提高6 1 9 ，这跟zx l 5 炭粒 度小 ，边际效应小有关。 同装 浸渍炭Kz一1 5 4的 MP 4 8 6 4比较，在8 0 8 O 和1 5 8 O R H下， z xs 一1 5 1 的穿透容量，较后者在 8 0 8 O 和 0 -8 0 R H ( MP 4 在】 5 8 O 下防护时间， 将比 0 -8 0 更短)下 的 数 据 分 别提高2 3 6 9 和 5 9 2 。在1 ； 一 5 0 RH下，Dxs 一 3 0 4和zLS 一 3 O 一 1 的 H2 s 穿透容量，表面上跟MP 4 8 6 4 差不多， 宴际上前者还是比后者强。因 为 前 =者直 径为3 0 m m颗粒，后者所装为直弪1 5 ra m的颗粒。以上试验清楚 表 睨。Kz l 5 4、 KZ一 1 5 2两 种 浸渍 活性炭 防H s 性能不如Dx S 和 z L s 两 种炭 ，特别是 在高湿度下 维普资讯 1 9 9 2 2 碳 素 4 9 四、 结语 1 KOH浸溃炭邙有效脱除 H： s 气体 。它在 0 5 O 和 8 O 一 8 O RH 下的Ht s穿 透容量，都 比新华化工厂原有 的供脱 除H s 气 体用 的浸渍活性 炭 Kz一 1 5 4 好 ，尤 其 是在高湿度下。 2 制备KO H浸渍炭时，以少量P O试帮为添加剂，可缩短浸渍溶液 的吸收时间 ( 啧淋时闻)，改善KO H浸溃活性炭脱除H S 气体的性能。使甩粒度较小的 活 性 炭 为载 体时，尤其如此。 考文量 1 US 4 0 z 2 4 z 9 。 1 9 7 8 2 7 2 (Am o s T u r k s 教授讲学材料 l 1 9 8 6 ，1 1( 陈仁辉整理) 3 C O H 6 1 1 D- - KOH谩渍 活性炭技术条件 ，c 0 H Co r p o r a t i o r 1 ，I n c 注t文后 英文部分为作者自附， 王 校。 REM0VAL OF H S BY KOH - I M PREGNATED ACTI VATE D CARB 0N th e n Re n h u i a n d Zh a n g Zh o n g f e n ( De s i g ni ng I n st i t ut e ， St a t e o wn e d X i n x u a C e mi c a l Pl a n t ) Ab t t r a c t Th e g r a n u l A t KOH i mp r e g n a t e d a c t i va t c d c a r b o n s w i t h a s ma 1 1 a mo u n t o f Na 3 PO a s we t t i n g ag e nt s h o w f ai r 1 y g o o d d y n ami C a d s o r pt i r e p e r f o r ma n c e t o wa r d s di 1 ut e d H 2 S ， p a r t i c u l a r 1 Y u