沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比
揮發性有機物(VOCs)的凈化方法主要有吸附法、直接燃燒法、催化燃燒法等。目前,對于許多工藝過程產生的低濃度有機廢氣的治理,活性炭吸附被認為是理想的治理方法。沸石分子篩具有均勻微孔、耐高溫、不可燃、良好的熱穩定性和水熱穩定性等優點,目前廣泛應用于石油裂解、吸附催化等領域;但其對VOCs的吸附研究尚少。因此,本文研究沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比。
一、沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比研究對象
1.研究準備材料條件
甲苯,AC(活性炭的簡寫),NaY型沸石分子篩(簡寫為NaY),13X型沸石分子篩(簡寫為13X) 、Hβ型沸石分子篩(簡寫為Hβ)、MCM-22型沸石分子篩(簡寫為MCM-22)和ZSM-5型沸石分子篩(簡寫為ZSM-5)。
2.甲苯吸附研究
甲苯吸附實驗裝置見圖1。其中,標準空氣由2個三通分成3路氣:第1路用于脫附,將樣品在350℃下脫附2 h ,以去除樣品吸附的雜質;第2路進入甲苯發生器;第3路作為稀釋氣。第1、2路配成一定濃度、空速的甲苯氣體進入吸附管進行吸附尾氣;由氣相色譜儀分析。
二、結果與討論 1.材料織構性質表征 從表1可知,除了MCM-22外,沸石分子篩孔容隨著比表面積的增大而増大。這可能是MCM-22的孔道尺寸較大有關,因為在相同比表面積下,孔道尺寸與孔容成正比。NaY的比表面積和孔容接近AC;但其微孔比表面積和微孔孔容比AC大,表明NaY具有良好的吸附織構。 2.吸附性能比較 ?。?)穿透時間 穿透時間是選擇吸附劑的一項重要參數。在吸附連續運行過程中,進氣濃度一定時,尾氣濃度達到進氣濃度的5%(質量分數)時,即該吸附層已穿透。從開始吸附到穿透所持續的時間為穿透時間,穿透時間愈長則吸附效果愈好。從圖2可知,AC和NaY的吸附效果明顯優于其他沸石分子篩。 (2)吸附量 從表2可知,各吸附劑對甲苯的平衡吸附量大小依次為:AC> NaY> Hβ > 13X > MCM-22 >ZSM-5 ,NaY是吸附甲苯較理想的沸石分子篩;結合表1可知,各吸附劑對甲苯的平衡吸附量總體上呈現隨比表面積增大而增大的趨勢。 ?。?)脫附性能比較 從圖3可知,沸石分子篩表面的甲苯均在50°C左右開始脫附,300~380°C時 脫附。根據出峰位置和峰寬,甲苯從吸附劑表面脫附難易程度依次為:AC>13X>Hβ > MCM-22 > ZSM-5。 吸附強度和孔道內擴散阻力決定了甲苯脫附性能。AC的孔道尺寸分布在一個較寬的范圍內,甲苯從AC表面脫附主要取決于孔道內擴散阻力 ,低溫時大孔脫附,高溫時小孔脫附;而沸石分子篩具有規整孔道結構,且孔道尺寸分布較窄,因此吸附強度是決定甲苯從沸石分子篩表面脫附的主要因素。 (4)進氣中甲苯濃度對吸附的影響 從圖4可知,AC、NaY和ZSM-5對甲苯的吸附等溫線均屬于典型的I型。在進氣中甲苯質量濃度較低(<1 000 mg/ m3 )時,甲苯濃度的微小變化導致平衡吸附量迅速增大,這是典型的微孔吸附現象;當進氣中甲苯質量濃度為500~1000 mg/m3時,AC和NaY平衡吸附量發生交叉,即在低甲苯濃度時,NaY平衡吸附量超過AC;因此,認為NaY更適合應用在低濃度有機廢氣吸附治理中。 研究表明:沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比中,5種沸石分子篩中,NaY的平衡吸附量,接近AC的平衡吸附量,但甲苯較難脫附;ZSM-5對甲苯的平衡吸附量和吸附強度都最小,這是由于甲苯無法進入ZSM-5的內部孔道造成的;因此,AC更適合應用在低濃度有機廢氣吸附治理中。