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沸石分子篩與活性炭吸附-脫附甲苯性能對比

來源:廣州市怡森環(huán)保設(shè)備有限公司   2024年11月28日 08:16   24

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,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
  甲苯吸附實驗裝置見圖1。其中,標(biāo)準(zhǔn)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(zhì);第2路進入甲苯發(fā)生器;第3路作為稀釋氣。第1、2路配成一定濃度、空速的甲苯氣體進入吸附管進行吸附尾氣;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(gòu)。

  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(shù)。在吸附連續(xù)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(zhì)量分?jǐn)?shù))時,即該吸附層已穿透。從開始吸附到穿透所持續(xù)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(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。

 ?。?)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(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。

  吸附強度和孔道內(nèi)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(nèi),甲苯從AC表面脫附主要取決于孔道內(nèi)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(guī)整孔道結(jié)構(gòu),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。

 ?。?)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(zhì)量濃度較低(<1 000 mg/ m3 )時,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)進氣中甲苯質(zhì)量濃度為500~1000 mg/m3時,AC和NaY平衡吸附量發(fā)生交叉,即在低甲苯濃度時,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(nèi)部孔道造成的;因此,AC更適合應(yīng)用在低濃度有機廢氣吸附治理中。

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