凈化防腐設備及其組合式濾芯的研發與效果研究

關鍵詞:大氣防腐設備；凈化濾芯；金屬材料；大氣腐蝕

凈化防腐設備及其組合式濾芯的研發與效果研究

劉起恒

新洋國際電力集團有限公司，河南長垣 453400

摘要：在工業及海洋大氣環境中，金屬材料易受腐蝕，導致巨大的經濟損失。本文針對這一問題，研發了兩種凈化防腐設備及其配套的組合式濾芯。設備通過創造微正壓環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，研發了三種組合式濾芯，利用改性蜂窩活性炭和球形氧化鋁的吸附能力，實現了對多種腐蝕性污染物的同時吸附。實驗結果表明，濾芯對硫化氫、二氧化硫及氯離子等污染物具有顯著吸附效果。將凈化防腐設備應用于重污染廠區，有效提升了環境安全等級，驗證了設備的實際應用效果。

1. 引言

金屬材料在工業及海洋大氣環境中易受到腐蝕，主要由濕度、硫化氫、二氧化硫及氯離子等因素引起。傳統防腐方法存在成本高、維護復雜等問題，且難以全面解決大氣腐蝕問題。因此，開發一種能夠從根本上緩解大氣環境中金屬材料腐蝕速率的凈化防腐設備具有重要意義。本文致力于研發凈化防腐設備及其組合式濾芯，通過吸附環境中的腐蝕因子，降低金屬材料的腐蝕速率。

2. 凈化防腐設備的研發

2.1 設備設計思路

凈化防腐設備主要包含風機動力裝置和大氣污染物凈化裝置。風機動力裝置提供空氣流通效率，創造微正壓環境，防止室外污染物進入室內。大氣污染物凈化裝置則用于吸收環境中的腐蝕性物質。此外，針對高濕度環境，研發了附帶冷凝除濕系統的凈化防腐設備，進一步提升設備的防腐效果。

2.2 模塊式凈化防腐設備

模塊式凈化防腐設備整體外觀如圖所示，主要由空氣凈化裝置、風機動力裝置、進送風裝置和箱體組成。空氣凈化裝置包括物理凈化和化學凈化兩部分，物理凈化部分采用初效和中效過濾器，化學凈化部分則采用組合式濾芯。風機動力裝置提供動力，確保室內空氣流通。進送風裝置設計合理，確保新風引入和室內全方位保護。

2.2.1 物理凈化模塊

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

2.2.2 化學凈化模塊

針對復雜腐蝕性環境，本文研發了三種組合式濾芯。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酸強堿及硫化物，七層子濾芯結構確保高效凈化。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，通過錯開布設提升吸附效果，同時設置減震密封措施，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，結合氫氧化鈉與殼聚糖改性技術，針對不同腐蝕因子采用多種改性材料組合，內部設置物理與化學雙重吸附層，環形肋帶設計提升凈化效率，有效防止二次污染，確保室內金屬材料免受腐蝕侵害。

2.3 附帶冷凝除濕的凈化防腐設備

針對高濕度環境，研發了附帶冷凝除濕系統的凈化防腐設備。該設備在模塊式凈化防腐設備的基礎上，增加了冷凝除濕系統，通過蒸發器吸收空氣中熱量，使水蒸氣冷凝成水排出，有效降低環境濕度。同時，無動力風帽裝置提高空氣循環流通效率，確保設備持續穩定運行。

3. 組合式濾芯的研發

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構和極大的比表面積，通過氫氧化鈉和殼聚糖改性后，可顯著提升其對強酸強堿和硫化物的吸附能力。球形氧化鋁則通過殼聚糖改性，提升其對游離態氯離子的吸附效果。

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件和除酸堿濾芯構件組成。除鹽霧濾芯構件采用殼聚糖改性球形氧化鋁，負責吸附游離態氯離子；除酸堿濾芯構件采用改性蜂窩活性炭，負責吸附強酸強堿和硫化物。濾芯內部結構緊湊，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。濾芯內部設置多層子濾芯構件，通過錯開布設蜂窩活性炭和球形氧化鋁，提升整體吸附效果。同時，濾芯內部設置減震密封措施，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。濾芯內部設置物理吸附構件和化學吸附構件，物理吸附構件負責過濾粉塵顆粒，化學吸附構件則針對不同腐蝕因子進行高效吸附。濾芯箱體內側設有環形肋帶，提升濾芯整體的凈化效率。

4. 濾芯吸附效果試驗

4.1 試驗材料與設備

試驗材料包括水溶性殼聚糖、蜂窩活性炭和球形氧化鋁。儀器設備包括電熱鼓風干燥箱、電子天平、電磁攪拌器等。化學試劑包括氫氧化鈉、無水硫酸鈉、稀硫酸等。

4.2 濾芯制做與試驗方法

濾芯制做過程中，根據改性方式的不同，將蜂窩活性炭和球形氧化鋁進行組合，制做四種不同類型的濾芯。試驗方法包括容器密封性檢驗和濾芯吸附試驗。通過監測濾芯吸附過程中污染物濃度的變化，評估濾芯的吸附效果。

4.3 硫化氫和二氧化硫的吸附試驗

為評估濾芯對二氧化硫的吸附性能，進行了系列試驗。試驗采用殼聚糖與氫氧化鈉改性的蜂窩活性炭，以及它們的組合結構作為吸附材料，分別命名為KS1、NS1、KAS2和NAS2。在密閉容器中生成二氧化硫氣體，通過氣體流量計和二氧化硫檢測儀監測吸附過程中氣體濃度的變化。試驗結果顯示，KS1和NS1濾芯對二氧化硫具有穩定的吸附效果，前中期濃度下降約34%～35%。組合濾芯KAS2和NAS2表現出更優的吸附性能，但風阻相對較大，其中KAS2相較于KS1平均瞬時流量下降3.82%，NAS2相較于NS1下降6.8%。所有濾芯在累計流量達到容器容積2.25倍時，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構對二氧化硫具有良好的吸附能力，適用于工業大氣環境的凈化。

4.4 鹽霧環境中氯離子的吸附試驗

針對鹽霧環境中的氯離子吸附，進行了專項試驗。采用殼聚糖改性的蜂窩活性炭和球形氧化鋁，以及它們的組合結構作為濾芯材料，分別命名為KL1、NL1、KAL2和NAL2。在動態鹽霧環境中，通過氯離子計監測濾芯吸附前后氯離子濃度的變化。試驗結果顯示，四種濾芯對氯離子均具有顯著的吸附效果，平均吸收率均達到99.94%以上。其中，組合濾芯KAL2和NAL2表現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99.985%。在試驗過程中，濾芯通過物理吸濕和化學吸附雙重機制，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構，能夠高效應對鹽霧環境中的氯離子污染，為海洋及工業大氣環境中的金屬材料提供可靠的防腐保護。

5. 廠區實際工況下設備防腐效果研究

5.1 污染環境分級方法

根據國際自動化協會頒布的標準，通過在環境中放置空氣質量檢測片，測評環境中氣態污染物的嚴重程度并進行分級。分級標準包括G1（安全）、G2（初步可見腐蝕）、G3（極有可能發生腐蝕）和GX（嚴重腐蝕）。

5.2 廠區內防腐設備的應用效果

在某重污染廠區內四條生產線的相關區域安裝凈化防腐設備，并對各區域進行環境檢測和污染等級劃分。檢測結果表明，安裝了凈化防腐設備的區域環境污染等級均維持在較安全的G1等級，而未安裝設備的區域污染等級則達到G2甚至GX等級。這表明凈化防腐設備有效降低了環境中腐蝕因子的濃度，對金屬材料起到了良好的防腐保護作用。

6. 結論

本文研發了兩種凈化防腐設備及其配套的三種組合式濾芯，通過實驗驗證了濾芯對硫化氫、二氧化硫及氯離子等污染物的顯著吸附效果。將凈化防腐設備應用于重污染廠區，有效提升了環境安全等級，驗證了設備的實際應用效果。未來研究可結合現代科技實現智能化防腐，進一步提高設備的凈化效率和材料利用率。