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随着全球经济和现代工业的发展,环境问题与日俱增,VOCs的排放是空气污染的主要原因之一,治理VOCs已经迫在眉睫。VOCs的治理方法有很多,吸附法和催化氧化法是应用最广泛的两类。吸附法操作简便,适合处理低浓度和有回收价值的VOCs。催化氧化法能够在较低温度下将有机废气完全转化为CO2和H2O,不会产生二次污染物。传统的吸附床或催化床使用颗粒状或粉末状的吸附剂和催化剂进行装填,床层松散,接触效率低、传质传热阻力和床层压降大。具有发达孔结构的结构化材料,能有效降低床层压降、增强流体接触效率、强化传质与传热,被广泛应用于吸附及催化领域。微纤复合分子筛膜材料作为结构化材料的一种,因其优良的机械性能、较低的传质传热阻力成为具有广泛应用前景的结构化吸附/催化材料。本文以异丙醇为研究对象,分别采用直接水热合成法和二次生长法在不锈钢纤维载体表面合成了5A分子筛膜和ZSM-5分子筛膜,采用化学气相沉积法制备得到微纤复合Cu分子筛膜催化剂并应用于异丙醇的催化氧化,探讨了异丙醇在装填了ZSM-5分子筛膜材料的结构化固定床上的吸附动力学和催化氧化动力学。首先,研究了分子筛孔结构特性对异丙醇吸附性能的影响,以及异丙醇在Beta分子筛上的吸附动力学;制备了微纤复合ZSM-5分子筛膜并将其用于异丙醇的吸附动力学。结果表明:NaY分子筛的吸附速率最大但吸附容量最小,Beta分子筛吸附容量最大,介孔分子筛MCM-41具有最大的比表面积和孔体积,但其吸附容量却要小于Beta和ZSM-5等微孔分子筛;异丙醇在Beta分子筛上的吸附动力学表明,随着流速和浓度的增加,异丙醇的透过时间变短,吸附速率变大,而床层高度的变化对吸附速率影响不大;采用二次生长法合成ZSM-5分子筛膜,通过SEM、XRD、N2吸脱附等手段对其结构进行表征,结果表明合成的微纤复合ZSM-5分子筛膜材料具有良好的三维网状结构,ZSM-5分子筛膜致密地生长在不锈钢纤维载体的表面,其厚度达到1.67μm。异丙醇在装填有微纤复合ZSM-5分子筛膜的结构化固定床上的吸附透过曲线斜率明显增大,表明传质阻力降低,吸附速率加快。吸附动力学结果表明,随着异丙醇入口浓度和流速的增加,吸附透过曲线的斜率明显增加,吸附透过时间也相应变短;而当床层长度改变时,吸附透过曲线的斜率却几乎不变。采用无效层厚度理论分析异丙醇在结构化固定床的吸附透过曲线,发现结构化固定床中分子筛膜材料的填装比例不应该超过1/3。采用Yoon-Nelson模型和BDST模型计算的参数与实际的吸附透过曲线能够很好的吻合。其次,研究了活性组分负载方法、活性组分负载量和载体结构性质对催化剂催化活性的影响;对比了化学气相沉积法制备的颗粒分子筛催化剂和分子筛膜催化剂在催化活性方面的差异;探讨了异丙醇在分子筛膜催化剂上的催化反应动力学。结果表明:离子交换法、浸渍法以及CVD法制备的Cu-5A分子筛催化剂中,CVD法制备的催化剂催化活性最高,其次是离子交换法制备的催化剂,浸渍法制备的催化剂效果最差;随着活性组分负载量的增加,催化剂的活性也变高;不同孔结构的分子筛催化剂中,Cu-NaY的活性最好,Cu-MCM-41在高温区间活性较好,Cu-ZSM-5在低温区间活性较好,Cu-5A在高温区段活性较好且其催化温度区间较窄,Cu-Beta催化温度区间较长;不同孔结构颗粒分子筛催化剂和分子筛膜催化剂中,催化活性:Cu-ZSM-5/PSSF>Cu-ZSM-5>Cu-5A>Cu-5A/PSSF,Cu-ZSM-5分子筛膜催化剂的高活性得益于其三维网状结构强化了传质;异丙醇在Cu-ZSM-5分子筛膜催化剂上的催化氧化动力学表明,随着入口浓度和空速的增加,异丙醇转化率降低。