三维电极床反应器去除甲苯废气的研究

第25卷第2期2007年4月

轻工机械

Light Industry Machinery

Vol. 25No. 2

Apr. 2007

　[环保·安全]

三维电极床反应器去除甲苯废气的研究

陈　江, 马莉锋, 黄立维　　

(1. 浙江建设职业技术学院城市建设工程系, 浙江杭州　311231; 2. 轻工业杭州机电　　

设计研究院, 浙江杭州　310004; 3. 浙江工业大学生物与环境工程学院, 浙江杭州　310014) 　　

摘　要:介绍了用三维电极反应器去除有害废气甲苯的情况。实验研究了电流、气体停留时间等不同因素对甲苯去除率的影响。当电流为3A 、气体流量为2000m L /min时, 反应器对浓度为1300mg /m3的甲苯废气的去除率达40%以上。关　键　词:三维电极反应器; 甲苯; 去除率

中图分类号:X 701　　　文献标志码:A 　　　文章编号:1005-2895(2007) 02-0131-03

0　前　言

有机废气和恶臭气体主要有“三苯”(苯、甲苯和二甲苯) 、甲醛以及各种异味成分(如硫化氢、氨、有机硫化物和胺类) 等。它们产生于化学、制药、半导体工业等各种生产过程。特别是有机化工、煤化工、橡胶再生以及油漆喷漆等工业过程排放的含苯、甲苯、二甲苯和多环芳烃等污染物, 已对一些地区的人体健康与生态环境造成了很大的影响。这些有害气体的排放也是产生大气光化学烟雾的原因之一。但是这些有害气体因阈值较低, 或具有稳定的化学结构、不易降解等特点, 给净化处理带来了很大的困难。

三维电极反应器(Three-Dimensio nal Electrode Reacto r ) , 又叫粒子电极(Particle Electrode ) 或床电极(Bed Electrode ) 反应器。将其应用于废水处理领域, 已显示出了很好的处理效果。它的基本原理是在传统二维电解槽电极间装填粒状工作电极材料并使装填工作电极材料表面带电, 成为新的一极, 使工作电极材料表面发生电化学反应。与二维电极相比, 三维电极的面体比有极大的增加, 且因粒子

收稿日期:2006-07-31

[1-3]

间距小, 物质传质效果获得极大的改善, 因而它具有较高的电流效率和单位时空产率等特点。据报导, 用碳纤维填充床阴极在30min 内可使水中的五氯代酚的浓度由50mg /L降至0. 5mg /L。Merica 等用电还原方法处理甲醇—水混合溶剂中的六氯代酚, 电流效率达60%。Kirk 等[6]的实验表明电氧化方法可使苯胺染料的转化率达97%。

本文研究和提出了一种三维电极反应器, 用于甲苯等有害废气处理。该方法的处理过程是先把被处理气体导入有多对网状电极叠加的电解反应器, 电极板间填充具有高吸附能力的活性炭颗粒作为第三电极。板电极上加电流后, 在电极表面发生电化学反应。反应器内处于流化态的粒子电极在电场的作用下极化成复杂性的粒子, 即在粒子一端发生阳极反应, 而在另一端发生阴极反应, 粒子间构成无数个微电池, 产生了具有强氧化性的O , HO 和HO 2等自由基。这些强氧化性物质与有害物质发生化学反应, 最终把有害物质转化成可溶性物质, 从而达到气体净化的目的。

[4]

[5]

1　实验装置和分析方法

实验装置如图1所示。实验采用的模拟废气是由氧气、氮气和甲苯蒸气共同组成的。钢瓶2中的氧气经过玻璃转子流量计3以一定流量通入甲苯瓶5, 带出挥发性的甲苯蒸气, 与钢瓶1中的氮气混合形成甲苯模拟废气。废气由三维电极反应器6的下端进入, 最后, 经过反应器处理后由上端排出。

三维电极反应器为柱状结构, 尺寸为100m m ×100m m ×700m m 。由5组电极单元叠加组成, 极板间距离为50mm 。网状阳极材料为RuO 2/Ti , 网状阴极材料为不锈钢材料, 网孔为5m m ×5mm 。作为第三电极的流化态粒子为活性炭颗粒, 平均几何直径约为1. 0m m 。电解液为1%的氯化纳溶液。模拟废气由反应器底部通入, 经过气固液三相反应区后, 由上部排出。实验所用电源是型号为SK 1730SL 10A (杭州三科公司) 的直流稳压稳流电源。气相产物分析采用GC -14B 的气相色谱仪(日本岛津, 毛细管色谱柱为AT. FFAP, 30m ×0. 32mm ×0. 33μm, 应用范围为脂肪酸、低沸点芳烃、醇、酯、

() , , , 、

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轻工机械　Light Industry M achinery

　　2007年第2期　

子间距, 改良了传质, 提高了电流效率; 同时, 粒子表面带有正负电荷, 构成无数个微电池, 对降解有机物起了很好的媒介作用。另外, 有活性

炭的存在, 对难溶的甲苯来说, 被吸附到活性炭上, 也促进了甲苯分子

1-氮气钢瓶; 2-氧气钢瓶; 3、4-转子流量计; 5-甲苯瓶; 6-三维电极反应器; 7-电源

参与电化学的几率。

酚、腈等) 。2　实验结果分析

图1　三维电极反应器实验装置

考察气体流量对处理效果的影响。

甲苯进气浓度仍为1300mg /m 3, 调节气体流量分别为1550m L /min,2000m L /min,2600m L /min,待运行稳定后, 每隔0. 5h 测定并记取进出口的气体浓度, 结果如图3所示。由图可以看出, 随着气体停留时间从14s 增加到23s, 甲苯的去除率也从23%增加到36%。这是因为随着气体停留时间的增加, 甲苯分子与电极及活性反应物的接触时间和几率增加, 使得处理效果提高。

2. 1　电流对甲苯处理效果的影响调节氮气流量为1800m L /min , 氧气流量为200m L /min , 甲苯进气浓度约为1300mg /m3。在不通电情况下通气约2h, 直到进出反应器的甲苯浓度相当, 以消除由于活性炭吸附引起的影响。

固定槽电压为12V, 调整电流, 待运行稳定后, 分别抽取进出口气体测定甲苯浓度。考察不同电流下的甲苯去除率(如图2所示)

。

图4　有无活性炭对甲苯

去除率的影响图

3　结　论

根据以上的实验研究, 可以认为, 三维电极法能有效地去除甲苯有害废气, 当电流为3A 、气体流量为2000m L /min时, 反应器对浓度为1300mg /m 3甲苯废气的去除率可达40%以上。与不含活性炭粒子电极的二维电极法处理效果相比, 三维电极法由于在电极间添加了活性炭粒子电极, 增加了电极的面体比, 减少了粒子间距, 使物质传质良

图2　电解电流对甲苯

去除率的影响

由图2可知, 甲苯去除率随着所加电流的增大而提高, 当电流大于3A (电流密度约为6m A /cm 2) 时, 甲苯的去除率就不再增加。这是因为在电流增大时, 电化学氧化还原作用增强, 而当电流过大时, 析氢析氯等副反应明显增强, 从而降低了处理效率; 同时, 由于电解反应是放热反应, 其放出的热量在短时间内未得以散发, 使反应器温度升高, 也会导致甲苯去除率的下降。2. 2　气体流量与处理效果的关系

A, ,

图3　气体停留时间对甲苯去除率的影响图

2. 3　活性炭对甲苯去除率的影响

在氮气流量为1800m L /min,氧气流量为200m L /min,甲苯进气浓度约为1300mg /m 3条件下, 对有活性炭的电极反应器和不含活性炭的电极反应器处理效果进行了比较。调节反应电流, 考察不同电流下2种反应器对甲苯去除率的影响。具体见图4。

由图4可知, 含有活性炭粒子电极的三维电极反应器的甲苯去除效果明显好于不含活性炭的电极反应器。这是因为流化态的活性炭颗, 好, 电流效率提高, 使去除率得到了提高。实验还发现增加气体停留时间, 有利于提高甲苯的去除率。参考文献:

[1]　陈　武, 李凡修, 梅　平. 废水处理的电

化学方法研究进展[J ].湖北化工, 2001, 18(1):11-14.

[2]　陶龙骧, 谢茂松. 电催化和粒子群电极用

于处理有机工业污水[J].工业水处理, 2000, 20(9):25-28.

[3]　周抗寒, 周　定. 用涂膜活性炭提高复极

性电解槽电解效率[J ].环境科学, 1994, 15(2):35-36.

[4]　PLET CHER D , W ALS H F C . Indu strial

electroch emistry [J ].Ch apman &Hall, 1990, 14:6-12. [5]　HERRM ANN J M ,

GUILL ARD

C ,

　[环保·安全]

talysis :

　　陈　江, 等　三维电极床反应器去除甲苯废气的研究

[7]　艳　萍, 杨昌柱. 复极性三维电极处理含

酚废水的研究[J ].能源环境保护, 1995, 18(1):28-33.

[8]　COM INELIS Ch, N ERINI A. Anodic

oxidation of ph enol in th e pres ence of NaCl for w as te w ater treatmen t [J ].Appl Electroch em, 1995, 25:23-29. [9]　BRILL AS E, M UR E, CAS ADO J . Iron

　catalysis of

　　　　　　　　·133·

an em erging tech nology for mineralization of aniline

w ater treatment [J ].Catalysis Today, 1993, 17:7-20. [6]　V ANDEV IV ERE P C,

VE RS TRAETE w etprocessing

BIAN CHI Treatment [J ].

R, and Chem

using a carbon-PTFE O 2-fed cathode [J ].Electroch em Soc, 1996, 143:49-52.

[10]　董继先, 赵志明. 废水一体化设备的研

究进展[J ].轻工机械, 2006, 24(3):153-156.

reuse of w aste -water from th e tex tile

indus try

Tech nol Biotech nol, 1998, 72:289-302.

Study on the Removal of Toluene by a Three -dimensional Electrode Reactor

CHEN J iang , M A Li-Feng , HU ANG Li-Wei

(1. Depa rtm ent o f City Constructio n , Zhejiang Co llege o f Constr uctio n , Hang zhou 311231, China ;

2. Hang zhou Pro ject and Resea rch Institute o f Electr o -M echa nic in Light Industry , Hang zhou 310004, China ; 3. Co lleg e of Biolog ical and Env iro nmenta l Engineering , Zhejiang U niv er sity o f Technolog y , H a ng zho u 310014, China)

Abstract :This paper investigated the removal of toluene by a three -dimensional electrode reactor . The influenc es of operation parameters such as electric current and gas residence on the removal of toluene were exam ined . Ov er 40%toluene w as removed for inlet toluene concentration of 1300mg /m 3with a n o peratio n co ndition of electric current 3A and gas flow rate 2000m L /min.

Key words :three-dim ensio nal electrode reacto r; toluene; removal

·项目信息·地区河南

项目名称年产4万t 高档生活用纸项目

120万t 牛皮纸(四期) 工程

年产20万t 玉米淀粉及其系列产品深加工项目

年产3万t 高级生活用纸工程

年产10万t 高强度埋纱包装袋绿色纸项目

中国拟建在建项目所需关键设备清单[轻工23]

项目性质新建

建设周期

/a2006-2007

投资总额/万元8145

进展阶段施工准备

关　键　设　备

削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、自动化控制系统、水处理设备、多缸多网造纸机

新型连续蒸煮设备、长网多缸浆板机、削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、自动化控制系统, 水处理设备、泵、阀

离心机、干燥机、蒸发器、结晶器、压滤机、浓缩罐、分离机、冷冻机削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、水处理设备、自动化控制系统

新型连续蒸煮设备、长网多缸浆板机、削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、自动化控制系统, 水处理设备、泵、阀

汽蒸仓、本片泵、洗涤器、双螺旋脱水机、磨浆机、压力筛、多圆盘浓缩机

运输机械、装卸机械、传输流水线、分拣包装设备、空调机组、温湿度控制系统、设备监控系统、车辆信息控制及管理系统

汽蒸仓、本片泵、洗涤器、双螺旋脱水机、磨浆机、压力筛、多圆盘浓缩机

合成器, 反应器, 酸化, 结晶器, 破碎机, 造粒机, 烘干机, 仪表, 电气, 消防及相关设备

建　设　内　容

年产生活用纸4万t

重庆续建2008-200962700报批可研

年产牛皮纸30万t

年生产玉米淀粉20万t , 玉米胚芽1. 865万t, 粗蛋白1. 9万t, 玉米浆3. 9万t, 麸质纤维4. 25万t 年产3万t 高级生活用纸

河南新建2006-200812150报批立项

山东新建2007-200827018报批可研

山东新建2007-200844302报批可研

年产10万t 高强度埋纱包装袋绿色纸, 糊底袋7亿条

湖南年产60万t 浆纸项目新建2007-2008200000报批立项年产60万t 浆纸

总用地面积为393亩, 总建筑面积为地上32. 9566万m 2, 地下0. 99万m 2

年产10万t 蔗渣浆纸

浙江

中国塑料城物流基地项目(国债)

新建2007-200853438. 59工程设计

云南10万t 蔗渣浆纸项目新建2007-200860000报批可研

重庆

年产3万t 草酸、5万t 塑料项目

新建2006-200713500施工准备年产草酸3万t 、塑料5万t

由BHI 拟建在建项目信息网(www . bhi . com . cn ) 提供　咨询电话:010-68570776, 68570774

第25卷第2期2007年4月

轻工机械

Light Industry Machinery

Vol. 25No. 2

Apr. 2007

　[环保·安全]

三维电极床反应器去除甲苯废气的研究

陈　江, 马莉锋, 黄立维　　

(1. 浙江建设职业技术学院城市建设工程系, 浙江杭州　311231; 2. 轻工业杭州机电　　

设计研究院, 浙江杭州　310004; 3. 浙江工业大学生物与环境工程学院, 浙江杭州　310014) 　　

中图分类号:X 701　　　文献标志码:A 　　　文章编号:1005-2895(2007) 02-0131-03

0　前　言

收稿日期:2006-07-31

[1-3]

[4]

[5]

1　实验装置和分析方法

() , , , 、

　　　　　·132·　

轻工机械　Light Industry M achinery

　　2007年第2期　

子间距, 改良了传质, 提高了电流效率; 同时, 粒子表面带有正负电荷, 构成无数个微电池, 对降解有机物起了很好的媒介作用。另外, 有活性

炭的存在, 对难溶的甲苯来说, 被吸附到活性炭上, 也促进了甲苯分子

1-氮气钢瓶; 2-氧气钢瓶; 3、4-转子流量计; 5-甲苯瓶; 6-三维电极反应器; 7-电源

参与电化学的几率。

酚、腈等) 。2　实验结果分析

图1　三维电极反应器实验装置

考察气体流量对处理效果的影响。

固定槽电压为12V, 调整电流, 待运行稳定后, 分别抽取进出口气体测定甲苯浓度。考察不同电流下的甲苯去除率(如图2所示)

。

图4　有无活性炭对甲苯

去除率的影响图

3　结　论

图2　电解电流对甲苯

去除率的影响

A, ,

图3　气体停留时间对甲苯去除率的影响图

2. 3　活性炭对甲苯去除率的影响

[1]　陈　武, 李凡修, 梅　平. 废水处理的电

化学方法研究进展[J ].湖北化工, 2001, 18(1):11-14.

[2]　陶龙骧, 谢茂松. 电催化和粒子群电极用

于处理有机工业污水[J].工业水处理, 2000, 20(9):25-28.

[3]　周抗寒, 周　定. 用涂膜活性炭提高复极

性电解槽电解效率[J ].环境科学, 1994, 15(2):35-36.

[4]　PLET CHER D , W ALS H F C . Indu strial

electroch emistry [J ].Ch apman &Hall, 1990, 14:6-12. [5]　HERRM ANN J M ,

GUILL ARD

C ,

　[环保·安全]

talysis :

　　陈　江, 等　三维电极床反应器去除甲苯废气的研究

[7]　艳　萍, 杨昌柱. 复极性三维电极处理含

酚废水的研究[J ].能源环境保护, 1995, 18(1):28-33.

[8]　COM INELIS Ch, N ERINI A. Anodic

oxidation of ph enol in th e pres ence of NaCl for w as te w ater treatmen t [J ].Appl Electroch em, 1995, 25:23-29. [9]　BRILL AS E, M UR E, CAS ADO J . Iron

　catalysis of

　　　　　　　　·133·

an em erging tech nology for mineralization of aniline

w ater treatment [J ].Catalysis Today, 1993, 17:7-20. [6]　V ANDEV IV ERE P C,

VE RS TRAETE w etprocessing

BIAN CHI Treatment [J ].

R, and Chem

using a carbon-PTFE O 2-fed cathode [J ].Electroch em Soc, 1996, 143:49-52.

[10]　董继先, 赵志明. 废水一体化设备的研

究进展[J ].轻工机械, 2006, 24(3):153-156.

reuse of w aste -water from th e tex tile

indus try

Tech nol Biotech nol, 1998, 72:289-302.

Study on the Removal of Toluene by a Three -dimensional Electrode Reactor

CHEN J iang , M A Li-Feng , HU ANG Li-Wei

(1. Depa rtm ent o f City Constructio n , Zhejiang Co llege o f Constr uctio n , Hang zhou 311231, China ;

Key words :three-dim ensio nal electrode reacto r; toluene; removal

·项目信息·地区河南

项目名称年产4万t 高档生活用纸项目

120万t 牛皮纸(四期) 工程

年产20万t 玉米淀粉及其系列产品深加工项目

年产3万t 高级生活用纸工程

年产10万t 高强度埋纱包装袋绿色纸项目

中国拟建在建项目所需关键设备清单[轻工23]

项目性质新建

建设周期

/a2006-2007

投资总额/万元8145

进展阶段施工准备

关　键　设　备

削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、自动化控制系统、水处理设备、多缸多网造纸机

新型连续蒸煮设备、长网多缸浆板机、削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、自动化控制系统, 水处理设备、泵、阀

离心机、干燥机、蒸发器、结晶器、压滤机、浓缩罐、分离机、冷冻机削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、水处理设备、自动化控制系统

新型连续蒸煮设备、长网多缸浆板机、削片机、蒸煮器、纸机、锅炉、碱回收设备、自动化控制系统, 水处理设备、泵、阀

汽蒸仓、本片泵、洗涤器、双螺旋脱水机、磨浆机、压力筛、多圆盘浓缩机

运输机械、装卸机械、传输流水线、分拣包装设备、空调机组、温湿度控制系统、设备监控系统、车辆信息控制及管理系统

汽蒸仓、本片泵、洗涤器、双螺旋脱水机、磨浆机、压力筛、多圆盘浓缩机

合成器, 反应器, 酸化, 结晶器, 破碎机, 造粒机, 烘干机, 仪表, 电气, 消防及相关设备

建　设　内　容

年产生活用纸4万t

重庆续建2008-200962700报批可研

年产牛皮纸30万t

年生产玉米淀粉20万t , 玉米胚芽1. 865万t, 粗蛋白1. 9万t, 玉米浆3. 9万t, 麸质纤维4. 25万t 年产3万t 高级生活用纸

河南新建2006-200812150报批立项

山东新建2007-200827018报批可研

山东新建2007-200844302报批可研

年产10万t 高强度埋纱包装袋绿色纸, 糊底袋7亿条

湖南年产60万t 浆纸项目新建2007-2008200000报批立项年产60万t 浆纸

总用地面积为393亩, 总建筑面积为地上32. 9566万m 2, 地下0. 99万m 2

年产10万t 蔗渣浆纸

浙江

中国塑料城物流基地项目(国债)

新建2007-200853438. 59工程设计

云南10万t 蔗渣浆纸项目新建2007-200860000报批可研

重庆

年产3万t 草酸、5万t 塑料项目

新建2006-200713500施工准备年产草酸3万t 、塑料5万t

由BHI 拟建在建项目信息网(www . bhi . com . cn ) 提供　咨询电话:010-68570776, 68570774

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