關(guān)鍵詞:大氣防腐設(shè)備；凈化濾芯；金屬材料；大氣腐蝕

凈化防腐設(shè)備及其組合式濾芯的研發(fā)與效果研究

劉起恒

新洋國(guó)際電力集團(tuán)有限公司，河南長(zhǎng)垣 453400

摘要：在工業(yè)及海洋大氣環(huán)境中，金屬材料易受腐蝕，導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失。本文針對(duì)這一問(wèn)題，研發(fā)了兩種凈化防腐設(shè)備及其配套的組合式濾芯。設(shè)備通過(guò)創(chuàng)造微正壓環(huán)境及高效凈化腐蝕因子，顯著降低了金屬材料的腐蝕速率。同時(shí)，研發(fā)了三種組合式濾芯，利用改性蜂窩活性炭和球形氧化鋁的吸附能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種腐蝕性污染物的同時(shí)吸附。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，濾芯對(duì)硫化氫、二氧化硫及氯離子等污染物具有顯著吸附效果。將凈化防腐設(shè)備應(yīng)用于重污染廠區(qū)，有效提升了環(huán)境安全等級(jí)，驗(yàn)證了設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效果。

1. 引言

金屬材料在工業(yè)及海洋大氣環(huán)境中易受到腐蝕，主要由濕度、硫化氫、二氧化硫及氯離子等因素引起。傳統(tǒng)防腐方法存在成本高、維護(hù)復(fù)雜等問(wèn)題，且難以全面解決大氣腐蝕問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)一種能夠從根本上緩解大氣環(huán)境中金屬材料腐蝕速率的凈化防腐設(shè)備具有重要意義。本文致力于研發(fā)凈化防腐設(shè)備及其組合式濾芯，通過(guò)吸附環(huán)境中的腐蝕因子，降低金屬材料的腐蝕速率。

2. 凈化防腐設(shè)備的研發(fā)

2.1 設(shè)備設(shè)計(jì)思路

凈化防腐設(shè)備主要包含風(fēng)機(jī)動(dòng)力裝置和大氣污染物凈化裝置。風(fēng)機(jī)動(dòng)力裝置提供空氣流通效率，創(chuàng)造微正壓環(huán)境，防止室外污染物進(jìn)入室內(nèi)。大氣污染物凈化裝置則用于吸收環(huán)境中的腐蝕性物質(zhì)。此外，針對(duì)高濕度環(huán)境，研發(fā)了附帶冷凝除濕系統(tǒng)的凈化防腐設(shè)備，進(jìn)一步提升設(shè)備的防腐效果。

2.2 模塊式凈化防腐設(shè)備

模塊式凈化防腐設(shè)備整體外觀如圖所示，主要由空氣凈化裝置、風(fēng)機(jī)動(dòng)力裝置、進(jìn)送風(fēng)裝置和箱體組成?？諝鈨艋b置包括物理凈化和化學(xué)凈化兩部分，物理凈化部分采用初效和中效過(guò)濾器，化學(xué)凈化部分則采用組合式濾芯。風(fēng)機(jī)動(dòng)力裝置提供動(dòng)力，確保室內(nèi)空氣流通。進(jìn)送風(fēng)裝置設(shè)計(jì)合理，確保新風(fēng)引入和室內(nèi)全方位保護(hù)。

2.2.1 物理凈化模塊

物理凈化模塊包括初效過(guò)濾器和中效過(guò)濾器，分別位于箱體的左右兩側(cè)，有效攔截空氣中的粉塵顆粒污染物，避免對(duì)后續(xù)化學(xué)凈化模塊造成污染。

2.2.2 化學(xué)凈化模塊

針對(duì)復(fù)雜腐蝕性環(huán)境，本文研發(fā)了三種組合式濾芯。第一種為多重吸附組合式凈化濾芯，集除鹽霧與除酸堿功能于一體，通過(guò)殼聚糖改性球形氧化鋁吸附氯離子，改性蜂窩活性炭吸附強(qiáng)酸強(qiáng)堿及硫化物，七層子濾芯結(jié)構(gòu)確保高效凈化。第二種為蜂窩矩陣與吸附顆粒填充式組合濾芯，采用改性蜂窩活性炭與殼聚糖改性球形氧化鋁交替填充，通過(guò)錯(cuò)開(kāi)布設(shè)提升吸附效果，同時(shí)設(shè)置減震密封措施，保證濾芯整體性能。第三種為多種改性組合式帶肋密封凈化濾芯，結(jié)合氫氧化鈉與殼聚糖改性技術(shù)，針對(duì)不同腐蝕因子采用多種改性材料組合，內(nèi)部設(shè)置物理與化學(xué)雙重吸附層，環(huán)形肋帶設(shè)計(jì)提升凈化效率，有效防止二次污染，確保室內(nèi)金屬材料免受腐蝕侵害。

2.3 附帶冷凝除濕的凈化防腐設(shè)備

針對(duì)高濕度環(huán)境，研發(fā)了附帶冷凝除濕系統(tǒng)的凈化防腐設(shè)備。該設(shè)備在模塊式凈化防腐設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了冷凝除濕系統(tǒng)，通過(guò)蒸發(fā)器吸收空氣中熱量，使水蒸氣冷凝成水排出，有效降低環(huán)境濕度。同時(shí)，無(wú)動(dòng)力風(fēng)帽裝置提高空氣循環(huán)流通效率，確保設(shè)備持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

3. 組合式濾芯的研發(fā)

3.1 濾芯材料選擇與改性

組合式濾芯主要采用蜂窩活性炭和球形氧化鋁作為吸附材料。蜂窩活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和極大的比表面積，通過(guò)氫氧化鈉和殼聚糖改性后，可顯著提升其對(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)堿和硫化物的吸附能力。球形氧化鋁則通過(guò)殼聚糖改性，提升其對(duì)游離態(tài)氯離子的吸附效果。

3.2 多重吸附組合式凈化濾芯

多重吸附組合式凈化濾芯由除鹽霧濾芯構(gòu)件和除酸堿濾芯構(gòu)件組成。除鹽霧濾芯構(gòu)件采用殼聚糖改性球形氧化鋁，負(fù)責(zé)吸附游離態(tài)氯離子；除酸堿濾芯構(gòu)件采用改性蜂窩活性炭，負(fù)責(zé)吸附強(qiáng)酸強(qiáng)堿和硫化物。濾芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，吸附效果顯著。

3.3 蜂窩矩陣與吸附顆粒填充式組合濾芯

蜂窩矩陣與吸附顆粒填充式組合濾芯采用改性蜂窩活性炭和殼聚糖改性球形氧化鋁組合而成。濾芯內(nèi)部設(shè)置多層子濾芯構(gòu)件，通過(guò)錯(cuò)開(kāi)布設(shè)蜂窩活性炭和球形氧化鋁，提升整體吸附效果。同時(shí)，濾芯內(nèi)部設(shè)置減震密封措施，確保吸附材料的利用率和濾芯整體的吸附效果。

3.4 多種改性組合式帶肋密封凈化濾芯

多種改性組合式帶肋密封凈化濾芯采用多種改性材料組合而成，包括殼聚糖改性蜂窩活性炭、硝酸汞改性殼聚糖球形氧化鋁和高錳酸鉀改性球形氧化鋁。濾芯內(nèi)部設(shè)置物理吸附構(gòu)件和化學(xué)吸附構(gòu)件，物理吸附構(gòu)件負(fù)責(zé)過(guò)濾粉塵顆粒，化學(xué)吸附構(gòu)件則針對(duì)不同腐蝕因子進(jìn)行高效吸附。濾芯箱體內(nèi)側(cè)設(shè)有環(huán)形肋帶，提升濾芯整體的凈化效率。

4. 濾芯吸附效果試驗(yàn)

4.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

試驗(yàn)材料包括水溶性殼聚糖、蜂窩活性炭和球形氧化鋁。儀器設(shè)備包括電熱鼓風(fēng)干燥箱、電子天平、電磁攪拌器等。化學(xué)試劑包括氫氧化鈉、無(wú)水硫酸鈉、稀硫酸等。

4.2 濾芯制做與試驗(yàn)方法

濾芯制做過(guò)程中，根據(jù)改性方式的不同，將蜂窩活性炭和球形氧化鋁進(jìn)行組合，制做四種不同類型的濾芯。試驗(yàn)方法包括容器密封性檢驗(yàn)和濾芯吸附試驗(yàn)。通過(guò)監(jiān)測(cè)濾芯吸附過(guò)程中污染物濃度的變化，評(píng)估濾芯的吸附效果。

4.3 硫化氫和二氧化硫的吸附試驗(yàn)

為評(píng)估濾芯對(duì)二氧化硫的吸附性能，進(jìn)行了系列試驗(yàn)。試驗(yàn)采用殼聚糖與氫氧化鈉改性的蜂窩活性炭，以及它們的組合結(jié)構(gòu)作為吸附材料，分別命名為KS1、NS1、KAS2和NAS2。在密閉容器中生成二氧化硫氣體，通過(guò)氣體流量計(jì)和二氧化硫檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)吸附過(guò)程中氣體濃度的變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示，KS1和NS1濾芯對(duì)二氧化硫具有穩(wěn)定的吸附效果，前中期濃度下降約34%～35%。組合濾芯KAS2和NAS2表現(xiàn)出更優(yōu)的吸附性能，但風(fēng)阻相對(duì)較大，其中KAS2相較于KS1平均瞬時(shí)流量下降3.82%，NAS2相較于NS1下降6.8%。所有濾芯在累計(jì)流量達(dá)到容器容積2.25倍時(shí)，均能完全吸附二氧化硫。這表明改性蜂窩活性炭及其組合結(jié)構(gòu)對(duì)二氧化硫具有良好的吸附能力，適用于工業(yè)大氣環(huán)境的凈化。

4.4 鹽霧環(huán)境中氯離子的吸附試驗(yàn)

針對(duì)鹽霧環(huán)境中的氯離子吸附，進(jìn)行了專項(xiàng)試驗(yàn)。采用殼聚糖改性的蜂窩活性炭和球形氧化鋁，以及它們的組合結(jié)構(gòu)作為濾芯材料，分別命名為KL1、NL1、KAL2和NAL2。在動(dòng)態(tài)鹽霧環(huán)境中，通過(guò)氯離子計(jì)監(jiān)測(cè)濾芯吸附前后氯離子濃度的變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示，四種濾芯對(duì)氯離子均具有顯著的吸附效果，平均吸收率均達(dá)到99.94%以上。其中，組合濾芯KAL2和NAL2表現(xiàn)出更高的吸收率和吸附容量，KAL2的平均吸收率為99.97%，NAL2更是高達(dá)99.985%。在試驗(yàn)過(guò)程中，濾芯通過(guò)物理吸濕和化學(xué)吸附雙重機(jī)制，有效去除了鹽霧中的氯離子。這表明改性后的蜂窩活性炭和球形氧化鋁組合結(jié)構(gòu)，能夠高效應(yīng)對(duì)鹽霧環(huán)境中的氯離子污染，為海洋及工業(yè)大氣環(huán)境中的金屬材料提供可靠的防腐保護(hù)。

5. 廠區(qū)實(shí)際工況下設(shè)備防腐效果研究

5.1 污染環(huán)境分級(jí)方法

根據(jù)國(guó)際自動(dòng)化協(xié)會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)在環(huán)境中放置空氣質(zhì)量檢測(cè)片，測(cè)評(píng)環(huán)境中氣態(tài)污染物的嚴(yán)重程度并進(jìn)行分級(jí)。分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)包括G1（安全）、G2（初步可見(jiàn)腐蝕）、G3（極有可能發(fā)生腐蝕）和GX（嚴(yán)重腐蝕）。

5.2 廠區(qū)內(nèi)防腐設(shè)備的應(yīng)用效果

在某重污染廠區(qū)內(nèi)四條生產(chǎn)線的相關(guān)區(qū)域安裝凈化防腐設(shè)備，并對(duì)各區(qū)域進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)和污染等級(jí)劃分。檢測(cè)結(jié)果表明，安裝了凈化防腐設(shè)備的區(qū)域環(huán)境污染等級(jí)均維持在較安全的G1等級(jí)，而未安裝設(shè)備的區(qū)域污染等級(jí)則達(dá)到G2甚至GX等級(jí)。這表明凈化防腐設(shè)備有效降低了環(huán)境中腐蝕因子的濃度，對(duì)金屬材料起到了良好的防腐保護(hù)作用。

6. 結(jié)論

本文研發(fā)了兩種凈化防腐設(shè)備及其配套的三種組合式濾芯，通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了濾芯對(duì)硫化氫、二氧化硫及氯離子等污染物的顯著吸附效果。將凈化防腐設(shè)備應(yīng)用于重污染廠區(qū)，有效提升了環(huán)境安全等級(jí)，驗(yàn)證了設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用效果。未來(lái)研究可結(jié)合現(xiàn)代科技實(shí)現(xiàn)智能化防腐，進(jìn)一步提高設(shè)備的凈化效率和材料利用率。