乙二醛脫色用活性炭的重復利用

施忠賢 李 楠 胡淑芳 季云娣 曾碧照

華誼集團上硫化工有限公司 （上海 200431）

乙二醛脫色用活性炭的重復利用

施忠賢 李 楠 胡淑芳 季云娣 曾碧照

華誼集團上硫化工有限公司 （上海 200431）

對乙二醛脫色用活性炭進行了再生和重復利用實驗研究，結果表明，通過簡單的方法難以使活性炭再生，但一次脫色后活性炭仍具有較好的吸附能力，可重復使用，可大幅減少活性炭的使用量和產品的帶損量，同時減少了脫色后活性炭的處理量，由此每年能為企業創造經濟效益100萬元。

活性炭 脫色 再生

很多化工生產過程中，脫色是其中一個重要的環節，不僅改善產品外觀也提高了產品的質量[1]。華誼集團上硫化工有限公司核心產品乙二醛的脫色采用常規活性炭吸附的方法[2]，在降低產品色度的同時，也大大提高了產品的市場競爭力。由于乙二醛生產規模大，公司的活性炭年消耗量達到100 t以上，且由于活性炭具有大的比表面，吸附能力強[3]，活性炭在壓濾后仍然帶有一定量的產品，而這部分產品隨著活性炭的處理而被損耗，因此每年產品隨活性炭的帶損量達到150 t以上，直接經濟損失超過百萬。另外，從安全環保角度來講，脫色后的活性炭長時間堆積易發生自燃，存在安全隱患，其處理也存在一定難度。因此，若能將活性炭重復利用或再生，可以減少活性炭的消耗量和產品的帶損量，經濟上能降低乙二醛的生產成本，安全環保上可消除安全隱患。

本實驗主要研究了脫色后活性炭的重復利用、再生以及其中吸附產品的回收，通過實驗測得活性炭中的乙二醛帶損量以及回收方法和回收率，研究脫色后活性炭重復使用的情況，同時將吸附飽和的活性炭進行蒸餾水洗脫烘干，以簡單可行的處理方法研究它的再生性能，最后將實驗結果應用于車間，評價其在實際生產中的效果。

1 實驗部分

1.1 試劑

活性炭（華誼集團上硫化工有限公司），去離子水（自制），40%乙二醛（華誼集團上硫化工有限公司，工業級）。

1.2 實驗及分析方法

在三個燒杯中分別取100 g車間脫色后活性炭，分別加入150、200、260 mL去離子水，攪拌20 min后抽濾。滴定分析濾液中乙二醛的含量，并通過計算得到乙二醛的回收率。

取一定量車間脫色后活性炭，直接重復脫色直至活性炭吸附飽和無脫色能力。等量取3份吸附飽和的活性炭，A份不做任何處理，B份用蒸餾水（水與活性炭質量比10∶1）洗滌后抽干，C份同樣洗滌后抽干并在150℃烘箱內烘干。將3份活性炭分別對相同比例的乙二醛粗品進行脫色，最后記錄它們的色度范圍。色度范圍通過與鉑-鈷標準溶液的目測比較得到。

1.3 生產性試驗方法

在車間將脫色后的活性炭重新加入脫色釜中，在常規操作后分析產品的色度，若色度達到標準則繼續重復使用，也可加入少量新鮮活性炭，分析活性炭重復使用的可行性和效果。

2 結果與討論

2.1 活性炭帶損乙二醛量的計算

由于壓濾工藝中濾餅形成的需要，每次至少加入40 kg的活性炭。以40 kg活性炭處理8 t乙二醛，1 t活性炭吸附1.6 t乙二醛（車間活性炭使用前后稱重得到），年產2.5萬t乙二醛計算，則每年活性炭用量為：

2.2 脫色活性炭中乙二醛的回收

表1 脫色活性炭中乙二醛的回收

由表1可知，活性炭脫色乙二醛后經水洗可回收大部分被吸附的乙二醛，但回收液體總量不易過大，因此加水量要適當。當采用260 mL蒸餾水洗脫活性炭時，得到約260 g的9.29%乙二醛，折算成品質量濃度40%的乙二醛，回收量為60.39 g，回收率98.2%，可以達到吸附的乙二醛基本全部回收的效果。

2.3 活性炭的重復利用及再生

2.3.1 活性炭的重復利用

取車間脫色后活性炭150 g，直接用于粗品乙二醛脫色，重復使用直至脫色后乙二醛色度大于15，結果見表2。

表2 活性炭脫色

由表2可知，當重復脫色至第11次時，乙二醛色度才超過15。前10次累計脫色18 505 g乙二醛，脫色比例為：活性炭（用過）∶乙二醛=0.81%，相當于活性炭（新鮮）∶乙二醛≈0.31%，均為質量比。

實驗表明，車間使用過的活性炭仍具備脫色能力。雖然一次取樣的活性炭不能代表一種必然現象，但是若能對每次脫色后的活性炭進行取樣脫色實驗，優則用，劣則棄，保證每批活性炭能夠充分利用，這樣既可減少每年活性炭的使用量，又可降低乙二醛的損耗。目前活性炭加入比例為每8 t乙二醛加入40 kg新鮮活性炭，加入比例為：活性炭（新鮮）∶乙二醛=0.5%，則每年能減少（1-0.31%÷0.5%）=38%的活性炭用量，活性炭7 800元/噸，乙二醛6 000元/噸，則每年節省：

2.3.2 活性炭的水洗再生及機理討論

活性炭的再生實驗結果見表3，其中活性炭比例（新鮮）為0.3%。

表3 活性炭水洗再生實驗結果

由表3可看出，三次實驗的乙二醛色度均大于30，之間的色度差別亦不明顯，說明乙二醛聚合物（顯色物質）被活性炭吸附后不易脫附，水洗和150℃下烘干仍然無明顯脫附。因此，常規水洗烘干不能達到活性炭的再生。

活性炭具有多孔結構，大量的微孔增加了它的表面積，通常活性炭的表面積都大于500 m2/g，因此活性炭也具有了大的比表面能。自然界中都有物質能量自動下降以保持穩定的特點，而活性炭就是具有大的吸附能力，通過吸附以降低其比表面能。活性炭吸附力的變化主要取決于兩個方面，一是通常情況下，比表面越大，活性炭吸附力就越大；二是在液相中，一般來說吸附力隨著有機物分子量的增加而增大。由于活性炭孔的大小一定，吸附物分子太小，吸附力就小，吸附物分子太大又進不去，因此當活性炭具有大量恰好稍大于吸附物分子的孔時，該活性炭此時的吸附力最大。

本實驗中，乙二醛中有色物質主要是一些聚合物，具有較大的分子量，從實驗結果看，活性炭吸附該類聚合物的能力強，說明該聚合物的分子量足夠大且仍然可以進入活性炭的孔道。洗脫液無色且含有大量乙二醛，說明該聚合物的吸附力遠大于乙二醛分子，其不能以常溫水洗的方式脫附，且在150℃下，該聚合物不能分解亦不能脫附，導致活性炭吸附能力未得到恢復，從而無法繼續脫色使用。由于活性炭在惰性氣體的保護下的高溫焙燒和活性炭的高溫水蒸氣處理這兩種方法從經濟上不具備優勢，因此本實驗沒有加以討論。

2.3.3 生產性實驗結果

車間試驗結果見表4：

表4 車間活性炭重復利用情況

前5次脫色結果中，乙二醛的色度均小于15，都達到成品規格，第六次脫色后色度超標。其中活性炭重復的第三次的色度最接近15，表明40 kg活性炭可以成功脫色8 t乙二醛粗品三批次，再次重復的可行性不高，而若在后面的脫色中加入5 kg新鮮活性炭，仍可達到脫色的目的。五次脫色平均使用10 kg活性炭，脫色比例為：活性炭（新鮮）∶乙二醛＝0.125%，與原工藝條件活性炭（新鮮）∶乙二醛＝0.5%相比，僅為25%。由于活性炭過濾工藝中，40 kg是濾餅形成的基本重量，因此活性炭每次的使用量不易減少，而應通過工藝改造使活性炭得到重復利用，以實現經濟和環保的雙贏。

由于生產試驗中采用了活性炭重復利用及少量添加新鮮活性炭的方法，效果較小試實驗更加明顯，可以節省活性炭約75%，若依然按照活性炭7 800元/噸，乙二醛6 000元/噸計算，則每年節省：

125×75%×7 800+125×75%×1.6×6 000=163.13萬元

同時若能將使用過活性炭中的乙二醛加以回收，以回收率98.1%計算，則可回收乙二醛：

125×25%×98.1%=30.66 t

節省資金：

30.66×6 000=18.40萬元

則每年可節省資金總計達到：

163.13+18.40=181.53萬元

小試實驗中活性炭重復利用后可節省38%，而車間實驗結果為節省75%。這主要是因為車間的活性炭有“以舊帶新”的使用方式，活性炭的使用更加充分；且小試實驗中活性炭使用量不多，在每次過濾時會有少量的損失，使得活性炭的重復效果很差。

3 結論

（1）水洗脫色后活性炭回收乙二醛效果好，回收率可達98.2%；

（2）活性炭可重復利用，小試重復結果顯示活性炭使用量可減少38%；

（3）水洗烘干不能使吸附飽和的活性炭再生；

（4）車間活性炭重復使用情況較小試結果更好，且具有可行性，理論上活性炭使用量可減少75%，年總節省資金總計181.53萬元。

[1]唐強，曹子棟，王盛，等.活性炭吸附法脫硫實驗研究和工業性應用[J].現代化工，2003，23(3)：37-40.

[2]賈陸，王學如.提高肌醇收率的工藝研究[J].河南醫科大學學報，1998(3)：150-152.

[3]張孟存.活性炭脫色工藝的改進[J].環境工程，2008，26(4)：71-72.

TQ224.3

施忠賢 男 1961年生 工程師 從事化工技術工作

2010年5月