论文部分内容阅读
挥发性有机化合物(VOCs)是臭氧(O3)和细颗粒物(PM2.5)的重要前驱体,在复合型大气污染的形成中扮演着重要角色。工业VOCs废气存在大风量、低浓度的特点,采用合适的吸附剂对其进行高效浓缩预处理是后续催化燃烧深度处理提高效率、降低成本的关键。活性炭不耐高温,存在安全隐患,而分子筛能有效克服此缺陷,且拥有强疏水性能和高吸附容量。但是分子筛种类繁杂,结合工况筛选出使用价值高的分子筛意义重大,深入研究分子筛VOCs吸附和工业化应用性能十分必要。本研究以高吸附容量的Y型分子筛(A1、C3)和强疏水性的ZSM-5型分子筛(B1、B2)作为主要研究对象,运用Brunner-Emmet-Teller(BET)测试和X射线衍射(XRD)表征其结构特性,选取甲苯、异丙醇、乙酸丁酯、环己酮、丁酮、苯乙烯作为主要污染物探针,从静态、动态两方面评估分子筛吸附和工业化应用性能,采用Yoon-Nelson模型估算甲苯、乙酸丁酯在分子筛上的吸附穿透和平衡时间。BET测试结果指出Y型、ZSM-5型分子筛的比表面积分别为600和370 m2/g左右,孔容约为0.529和0.250 cm3/g。XRD测试表明分子筛的孔道有序性较好。吸附实验结果说明分子筛对VOCs的动态吸附量约为静态吸附量的20%-30%。分子筛在40-80 ℃下对VOCs的吸附结果表明分子筛的吸附温度不宜超过70 ℃。吸附穿透曲线表明VOCs在分子筛上的吸附穿透时间约为平衡时间的35%-60%,穿透吸附量约为平衡吸附量的70%-80%。研究分析了水汽、乙酸丁酯和环己酮对甲苯的竞争吸附情况,结果显示相对湿度从0上升至40%时,Y型、ZSM-5型分子筛对甲苯的吸附量下降幅度分别为63%和30%左右,乙酸丁酯或环己酮与甲苯共存会使分子筛的甲苯吸附量约下降35%-45%。根据Yoon-Nelson模型得到的甲苯和乙酸丁酯在分子筛上的吸附时间预测值与实验值的误差小于10%。研究采用程序升温脱附法(TPD)测得分子筛对甲苯、异丙醇和丁酮的脱附活化能约为50-70 kJ/mol,对乙酸丁酯的脱附活化能高于100kJ/mol。Y型分子筛对环己酮、苯乙烯的脱附活化能超过115 kJ/mol,而ZSM-5分子筛对这两种物质的脱附活化能仅为70 kJ/mol左右。受脱附活化能影响,吹扫和升温过程对VOCs在分子筛上的脱附效果影响不一,相对脱附效率在3%-50%不等。经5次吸附脱附循环后,测得分子筛对甲苯、异丙醇、丁酮的重复使用率均高于90%,对乙酸丁酯的重复利用率在60%-70%,Y型分子筛对环己酮、苯乙烯的重复使用率仅为20-40%,而ZSM-5分子筛对其重复使用率在60%以上,故ZSM-5分子筛较Y型分子筛更适宜吸附含酮类或苯乙烯的废气。