载钴活性炭的制备方法及用其吸附甲苯的条件与装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于吸附材料和大气污染处理技术领域，具体涉及一种载钴活性炭的制备 方法及用其吸附甲苯的条件与装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的迅猛发展，二氯甲烷、甲苯、二甲苯、苯等芳香族、卤代烃、醛酮类、 酯类、醇类等有机溶剂广泛应用于化工、石油化工、涂布、医药、橡胶、树脂、印刷等各个领 域。这些挥发性有机溶剂大多具有毒性，而其中相当一部分最终以有机废气的形式排入大 气中，造成大气被严重污染。如果处理不当，即造成原材料的损耗，又污染环境，更为严重的 是对人类健康的损害。国家对环境保护工作的日益重视，对大气排放标准的不断提高，使得 有机废气的回收处理势在必行。从工业排放的有机废气中回收有机溶剂，即可以减少对环 境的污染，又回收了宝贵资源。
[0003] 目前，国内对于工业有机废气的处理回收方法主要有：热力焚烧法、冷凝法、吸附 回收法，其中吸附回收法是用活性炭对有机废气进行吸附净化，其实质是利用活性炭高强 度吸附的特性把废气中的有机溶剂吸附到活性炭中并浓缩，经活性炭吸附净化后的气体直 接排空，这是一个吸附浓缩的过程，并没有把有机溶剂处理掉，是一个物理过程。当吸附的 有机物达到规定的吸附量时，则停止使用吸附后的有机物经脱附后回收。吸附剂在吸附饱 和后，可经过再生程序，循环使用。
[0004] 活性炭的吸附特性取决于其发达的孔结构和独特的表面化学性质。针对如何提高 活性炭的吸附性能，研宄者从新型碳材料的制备和普通活性炭改性两方面入手，取得了一 系列研宄成果。用在吸附领域的新型碳材料主要指的是活性炭纤维，但其制备过程往往非 常复杂繁琐，造价也远高于普通活性炭，且使用条件比较苛刻。上述缺点制约了活性炭纤维 在工业中的广泛使用。目前，工业上用于气体脱除的碳材料仍然是普通活性炭。
[0005] 目前，负载型活性炭已被用于脱硫或分离乙烯-乙烷等其他体系，但尚未用于吸 附甲苯体系，针对气体中甲苯的吸附脱除多采用的是未负载金属的活性炭，如中国发明专 利03159299. 6提供了一种甲苯废气回收方法，甲苯回收率可达65%，净化后的净化气的甲 苯含量< 40mg/m3,达国标二级标准。在常温下，活性炭的饱和吸附量可满足一般吸附要求， 但在高温下活性炭的吸附量却很小。
【发明内容】
[0006] 本发明目的是提供一种载钴活性炭的制备方法及用其吸附甲苯的条件和装置。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种载钴活性炭的制备方法，包括如 下步骤： (1) 配制浸渍液：将已称量好的钴盐溶解于0. 1~lOmol/L的酸溶液中，在20~80°C 的温度下配制成浸渍液； (2) 浸渍活性炭：采用浸渍法，将粒度10目~100目的活性炭浸渍于上述的浸渍液中， 浸渍后钴元素与活性炭的质量比为0. 06~0. 3 ; (3) 浸渍：将浸渍活性炭后的溶液于室温下放置3~15小时； (4) 干燥：浸渍后的活性炭放置于150°C氮气中干燥4~8小时，得到载钴活性炭。
[0008] 其中，所述步骤（1)中的钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、草酸钴中的一种 或几种混合； 所述步骤（2 )中的浸渍法为等体积浸渍法和过量浸渍法中的一种。
[0009] 进一步，所述步骤（1)中的钴盐为六水氯化钴（CoC12 · 6H20)，酸溶液为lmol/L的 盐酸溶液。
[0010] 其中，所述步骤（2)中的活性炭为木质、煤质、果壳或椰壳颗粒活性炭。
[0011] 其中，所述步骤（2)中，浸渍后钴与活性炭的质量比为0. 15~0.2 ; 所述步骤（3)中，浸渍时间为12h，若浸渍过程中辅助以超声震荡，浸渍时间可缩短2~ 5小时。
[0012] 本发明实施例还提供一种利用上述的载钴活性炭吸附甲苯的吸附条件，为：甲苯 气源中甲苯含量< 8%，吸附压力0~IMPa，气体流量< 400mL/min，吸附温度40~200°C。
[0013] 本发明实施例还提供一种利用上述的载钴活性炭吸附甲苯的装置，包括氮气瓶、 减压阀、甲苯气化装置、第一阀门、第二阀门、第三阀门、第一转子流量计、第二转子流量计、 内设载钴活性炭的吸附柱、加热炉、精密压力表、第二微量调节阀和六通阀； 所述吸附柱设于加热炉内； 所述减压阀设置于连通氮气瓶和甲苯气化装置的管道上； 所述第一阀门和第一转子流量计依次设置于连通甲苯气化装置和吸附柱的进气口的 管道上； 所述第二阀门设置于连通氮气瓶和吸附柱的进气口管道上； 所述第三阀门设置于连通第二阀门和吸附柱出口的管道上； 所述精密压力表设于吸附柱的进气口处； 所述吸附柱的出气口通过一设有所述第二微量调节阀和第二转子流量计的管道与六 通阀相连，净化后的气体流经所述六通阀后排空。
[0014] 上述的载钴活性炭吸附甲苯的装置还包括程序控温仪，其与所述加热炉相连。
[0015] 上述的载钴活性炭吸附甲苯的装置还包括第一微量调节阀，其设置于与所述吸附 柱的进气口相连、用于再生时在线分析的气管上。
[0016] 上述的载钴活性炭吸附甲苯的装置还包括气相色谱仪，净化后的气体以通入所述 六通阀的氢气为载气，自所述六通阀流出至气相色谱仪。
[0017] 上述的载钴活性炭吸附甲苯的装置包括3条通路，分别是： (1)再生时在线分析通路，减压阀、第二阀门、第三阀门和第一微量调节阀打开，第一阀 门和第二微量调节阀关闭，氮气作为吹扫气，从吸附柱下方流入，上方流出，把吸附在吸附 剂上的甲苯置换出来，脱附气进入气相色谱在线分析。
[0018] (2)含甲苯气源的净化通路，减压阀、第一阀门和第二微量调节阀打开，第二阀门、 第三阀门和第一微量调节阀关闭，常态为液态的甲苯在甲苯气化装置内气化后与氮气瓶流 过来的氮气混合，然后经由吸附柱净化其内的甲苯，净化后的气体由六通阀排空。
[0019] (3)吸附效果检验通路，减压阀、第一阀门和第二微量调节阀打开，第二阀门、第三 阀门和第一微量调节阀关闭，常态为液态的甲苯在甲苯气化装置内气化后与氮气瓶流过来 的氮气混合，然后经由吸附柱净化其内的甲苯，净化后的气体以氢气为载气被送入气相色 谱仪，由气相色谱仪显示的色谱来分析吸附柱的吸附效果。
[0020] 本发明利用载钴活性炭吸附甲苯的理论依据为：甲苯中苯环的共轭31键可与钴 离子外层s空轨道重叠形成σ键，与此同时，苯的π ?反键空轨道与金属的d轨道重叠形成 络合键。这种31络合吸附作用力强于物理吸附作用力。因此在某些场合，例如高温下， 当物理吸附作用力很弱时，π络合吸附依然可以发挥作用，从而增强吸附剂的吸附能力。而 π络合吸附作用力又弱于化学吸附作用力，故又可以很方便的实现吸附剂的再生。
[0021] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 本发明将金属元素钴浸渍于活性炭上，制成载钴活性炭，提高活性炭的吸附能力，对甲 苯的饱和吸附量可提高20%~110%。
【附图说明】
[0022] 图1是本发明中利用载钴活性炭吸附甲苯的装置的结构示意图； 图2是本发明实施例一中相同吸附条件、不同负载量的吸附剂的吸附特性对比图。
[0023] 其中：1、氮气瓶；2、减压阀；3、甲苯气化装置；4、第一阀门；5、第二阀门；6、第一 转子流量计；7、第二转子流量计；8、吸附柱；9、加热炉；10、程序控温仪；11、精密压力表； 12、第一微量调节阀；13、第二微量调节阀；14、气相色谱仪；15、六通阀；16、第三阀门。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述： 一种载钴活性炭的制备方法，包括如下步骤： (1) 配制浸渍液：将已称量好的六水氯化钴（COC12 · 6Η20)溶解于lmol/L的盐酸溶液 中，在20~80°C的温度下配制成浸渍液； (2) 浸渍活性炭：采用等体积浸渍法或过量浸渍法，将粒度10目~100目的活性炭浸 渍于上述的浸渍液中，浸渍后钴元素与活性炭的质量比为〇. 06~0. 3 ; 其中，活性炭可选用木质、煤质、果壳和椰壳颗粒活性炭中的一种或几种混合。浸渍后 钴