[發明專利]一種基于二氧化碳自由基的含氧氣體的除氧方法

有效

• 申請號: 201310308584.4
• 申請日: 2013-07-19
• 公開（公告）號: CN103357258A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 劉小為;張土喬;葉苗苗;張儀萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01D53/74
• 分類號: B01D53/74;B01D53/86;B01D53/46
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及除氧技術領域，尤其為一種基于二氧化碳自由基的含氧氣體的除氧方法。

背景技術

氧氣是空氣中除氮氣外的第二大組分，化學性質活潑，氧化能力較強。它可以和金屬、非金屬及有機物等發生氧化還原反應，生成較為穩定的氧化產物。當空氣中的氧溶解于水中時，也很容易與金屬、有機物等發生反應，使金屬發生腐蝕或有機物變質。因此很多行業，如工業給水、鍋爐供水、食品、電子、冶金等行業，需要去除空氣中或者水中的氧氣。

目前，除氧技術主要包括物理法、化學法。其中物理法包括：真空除氧、大氣式熱力除氧、解吸除氧、精餾除氧、吸附除氧、膜分離除氧等。化學法除氧包括：無氫催化除氧法、催化過濾除氧法、利用變價氧化物類還原劑除氧、催化加氫除氧法、化學吸收(吸附)除氧法等。

如公開號為CN1089920的中國專利申請公開了一種溶解氧含量<0.1mg/l的鍋爐給水的除氧方法。該方法利用強堿性陰離子交換樹脂與亞硫酸鈉反應轉型得到的R2S03樹脂進行除氧。該法具有除氧效率高，設備簡單，操作方便，樹脂再生時間短，設備周期產水量大等優點。

在各種除氧技術中，大氣式熱力除氧法用蒸汽量多，設備體積大，負荷變動時不易調整，能耗較高，利用率低，成本較高；真空除氧法溫度較低，在節能方面有很大的優勢，但是需要在負壓下運行，對設備及系統的要求較高，系統相對復雜，安裝維護要求高；解吸除氧能耗相對較低，但是除氧效率不高，且需經常更換還原劑；膜法除氧是新出的一種技術，除氧效果很好，而且能耗低，但離實際應用還有一定距離；無氫催化除氧法，如利用氧與活性碳等除氧劑反應生成二氧化碳除氧，主要用于的氫氣、一氧化碳等氣體的純化，在水處理中使用需要特殊設計，效率不高。催化加氫除氧法的核心是高效、穩定、廉價的催化劑，而目前常用的催化劑為鈀、鉑或銀等，主要是一些貴金屬。催化過濾除氧法利用鐵粉和固體催化劑聯合作用除氧，效果好，但是成本較高。化學吸收除氧法，使用比較簡單，但是效率不高，也不夠經濟。利用變價氧化物類還原劑除氧相對比較方便、安全和經濟，選用的還原劑包括亞硫酸納、聯氨、N,N二乙基羥胺、碳酰肼、胺基乙醇胺、對苯二酚、異抗壞血酸、氮四取代苯二膠、TGS-A除氧劑等，但是這些還原劑的殘留本身會對水質造成一定的影響。

因此，研發一種既能高效、安全、方便、經濟又能大規模應用的除氧技術十分必要，而且這種技術能夠很方便的應用在多種不同的領域，如工業給水、鍋爐供水、食品、紡織、冶金、電子等行業。

發明內容

本發明提供了一種基于二氧化碳自由基的含氧氣體的除氧方法，其是一種條件溫和、無有害物質殘留的除氧方法，解決現有物理法除氧技術存在的操作復雜、設備昂貴及除氧的速率慢的問題，以及化學法除氧技術存在的催化劑昂貴、能耗高、含重金屬及除氧的速率慢的問題。

一種基于二氧化碳自由基的含氧氣體的除氧方法，包括：

將含氧氣體通入接觸塔中，使其與接觸塔中浸漬有甲酸鹽、過氧化氫混合液的活性碳催化床進行接觸反應，其中，過氧化氫和甲酸鹽的摩爾濃度比為1:20-25；接觸反應的空床接觸時間為10-30min。

本發明的原理是：將甲酸鹽和H₂O₂投加到反應體系中后，H₂O₂與活性碳(AC)表面官能團作用產生羥基自由基(HO·)，生成的HO·迅速被甲酸鹽(HCOO^-)捕獲生成二氧化碳自由基(CO₂·)。CO₂·的氧化還原電位為-2.0V，因此具有很強的還原性，可以與O₂(酸性條件下氧化還原電位為1.23V，堿性條件下為0.4V)快速的發生反應，從而達到除氧的目的。具體反應原理如下：

HO·+HCOO^-→CO₂·；

CO₂·和O₂的反應的二級速率常數高達4.2×10⁹M^-1·s^-1，因此可以快速地去除自由態的分子氧。另外，反應體系中的最終產物為無毒無害的H₂O和CO₂。

所述的甲酸鹽為甲酸鈉或甲酸鉀。

所述空床接觸時間是指在未填裝活性碳的情況下，氣流通過碳床所占空間所需要的時間或可以理解為單位體積顆粒活性碳在單位時間內的處理氣量。