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沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比
閱讀：30 發(fā)布時(shí)間：2024-11-28沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比
揮發(fā)性有機(jī)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(chǎn)生的低濃度有機(jī)廢氣的治理，活性炭吸附被認(rèn)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(wěn)定性和水熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于石油裂解、吸附催化等領(lǐng)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(zhǔn)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(shí)驗(yàn)裝置見圖1。其中,標(biāo)準(zhǔn)空氣由2個(gè)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(zhì);第2路進(jìn)入甲苯發(fā)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(jìn)入吸附管進(jìn)行吸附尾氣；由氣相色譜儀分析。
二、結(jié)果與討論
1.材料織構(gòu)性質(zhì)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(guān),因?yàn)樵谙嗤缺砻娣e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(gòu)。
2.吸附性能比較
?。?）穿透時(shí)間
穿透時(shí)間是選擇吸附劑的一項(xiàng)重要參數(shù)。在吸附連續(xù)運(yùn)行過程中,進(jìn)氣濃度一定時(shí),尾氣濃度達(dá)到進(jìn)氣濃度的5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),即該吸附層已穿透。從開始吸附到穿透所持續(xù)的時(shí)間為穿透時(shí)間,穿透時(shí)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(yōu)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(jié)合表1可知,各吸附劑對甲苯的平衡吸附量總體上呈現(xiàn)隨比表面積增大而增大的趨勢。
（3）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(shí) 脫附。根據(jù)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(qiáng)度和孔道內(nèi)擴(kuò)散阻力決定了甲苯脫附性能。AC的孔道尺寸分布在一個(gè)較寬的范圍內(nèi),甲苯從AC表面脫附主要取決于孔道內(nèi)擴(kuò)散阻力 ,低溫時(shí)大孔脫附，高溫時(shí)小孔脫附;而沸石分子篩具有規(guī)整孔道結(jié)構(gòu),且孔道尺寸分布較窄,因此吸附強(qiáng)度是決定甲苯從沸石分子篩表面脫附的主要因素。
?。?）進(jìn)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(jìn)氣中甲苯質(zhì)量濃度較低(<1 000 mg/ m3 )時(shí),甲苯濃度的微小變化導(dǎo)致平衡吸附量迅速增大,這是典型的微孔吸附現(xiàn)象;當(dāng)進(jìn)氣中甲苯質(zhì)量濃度為500~1000 mg/m3時(shí)，AC和NaY平衡吸附量發(fā)生交叉,即在低甲苯濃度時(shí)，NaY平衡吸附量超過AC;因此,認(rèn)為NaY更適合應(yīng)用在低濃度有機(jī)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(qiáng)度都最小,這是由于甲苯無法進(jìn)入ZSM-5的內(nèi)部孔道造成的；因此，AC更適合應(yīng)用在低濃度有機(jī)廢氣吸附治理中。