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沸石轉輪吸附+RCO催化燃燒

         沸石轉輪+RCO催化燃燒設備是目前國内有機廢氣處理領域應用比較成熟、先進的工藝。采用吸附-脫附-冷卻三項連續程序,邊吸附邊脫附。沸石轉輪先對有機廢氣吸附收集、壓縮、提高濃度,然後再把高濃度的廢氣分子從沸石轉輪中脫附出來,送入催化氧化爐(CO爐)中進行無焰燃燒。達到對有機廢氣淨化的目的。泓利通環保自主研發的沸石轉輪+催化燃燒(RCO)設備主要由廢氣預處理系統、沸石轉輪吸附濃縮系統、脫附系統、催化燃燒系統、冷卻幹燥系統和自動控制系統等組成。

       其中沸石轉輪作為一種将沸石吸附性材料制作成蜂窩狀結構的轉輪設備,是用來對企業的廢氣進行處理的關鍵設備,使用沸石轉輪能夠有效地将揮發性有機廢氣(即VOCs廢氣)進行淨化。石油化工、橡膠、印刷、噴漆等行業排放的烷烴、芳香烴、醛類、酮類、酸類、酯類、醇類及氯代烴等揮發性有機物(VOCs)對自然環境和人體健康産生了嚴重影響,引發了諸如臭氧層破壞、光化學煙霧等一系列環境問題,VOCs的可控治理已成為社會廣泛關注的焦點,其處理方法主要包括吸附法、吸收法、冷凝法、膜分離法、等離子體分解法、催化氧化法、直接燃燒法及生物降解法等,其中吸附法和催化氧化法被認為是比較有效的兩種方法。

      VOCs分子的動力學直徑普遍小于1nm,當吸附劑的孔徑與VOCs分子動力學直徑相匹配時,被吸附的有機分子才不容易逃離,常用的微孔吸附材料主要包括活性炭和沸石分子篩,活性炭具有較大的比表面積,性能較好,但其熱穩定性較差,易燃燒,VOCs的脫附較困難,而沸石分子篩具有豐富的微孔、較大的比表面積和優異的熱穩定性,已被廣泛用于VOCs吸附領域。另外,沸石分子篩自身含有較多的酸位點,具有一定催化活性,十分适合作為催化劑載體材料。将沸石與活性組分複合制備沸石基負載型催化劑,用于VOCs的催化氧化處理,也是一種處理VOCs的重要方法。近年來,國内外對沸石分子篩的制備、性能及應用進行了大量研究,本文将詳細綜述不同沸石分子篩吸附去除及沸石基負載型催化劑催化氧化去除各類揮發性有機污染物的研究進展,并展望未來研究方向。


 

        

                                                                                                                                                       沸石分子篩
沸石吸附劑的影響:

沸石分子篩對VOCs分子的吸附性能主要取決于内部孔道結構,不同沸石分子篩内部孔道結構不同,其吸附特性存在顯著差異。 Brody等發現,與ZSM-5沸石和絲光沸石MOR相比,孔徑大且具有“超籠”結構的FAU型沸石更容易吸附甲苯分子。 Calero等通過計算FAU、MFⅠ型沸石對丙烷、丁烷、丙烯及丁烯等小分子VOCs的吸附特性,證實“超籠”結構有利于FAU型沸石對不同VOCs分子的吸附,其吸附總量更大。但孔徑更小的MFⅠ型沸石對這些小分子VOCs的吸附力更大,較低壓力下(<102Pa),MF型沸石仍具有優異吸附特性。Ji等聞也證實MFI結構ZSM-5沸石對小分子丙酮具有優異吸附作用。

        通過研究了不同多孔材料NaY、SBA-15、MCM-41及SiO2對甲苯的吸附性能,發現微孔含量對甲苯吸附影響較大,微孔含量最多的NaY沸石對甲苯的吸附量最大, Navarro課題組則證實Beta、ZSM-5及絲光沸石等三種微孔沸石對丙烯的吸附均為 langmuir吸附,但Beta的附量最大。分析表明,一方面是由于其孔徑更大,微孔體積和比表面積更大,另一方面是由于其骨架A1及平衡陽離子引起的表面酸度較高。

     矽鋁比是沸石分子篩最重要的參數,對沸石吸附性能影響較大,一般來講,随着矽鋁比增加,沸石疏水性增加,有利于水汽環境中對有機分子的吸附8yu等利用水熱酸處理方法制備了高矽鋁比(Si/Al=6.77)的改性13X沸石(M-13X),發現M-13X疏水性增強,水汽條件下對甲苯的吸附量顯著提高,當空氣濕度為50%時M-13X的吸附量仍為45mgg。随着高溫水熱脫鋁的進行,沸石的疏水性提高,分子篩表面可供有機分子吸附的有效位點增多。濕空氣情況下,高矽鋁比的超穩Y分子篩(USY沸石對甲苯、苯、二甲苯、苯乙烯及乙酸乙酯等VOCs分子的吸附量更大ZSM-5沸石的矽鋁比範圍更廣泛。随着SiAI比的增加,ZSM-5沸石分子篩的疏水性和對甲苯的吸附量同樣得到提高,ZSM-5與甲苯分子之間作用力增強,甲芣脫附溫度升高。此外,高矽鋁比的蜂窩狀ZSM-5分子篩對丙酮、丁酮的吸附性能,證實高矽鋁比ZSM-5具有優異的疏水性,環境濕度對其吸附性能影響不大,該蜂窩狀zSM5可用于高濕度條件下有機污染物的吸附淨化。

        但幹空氣條件下,不存在水分子對沸石分子篩有效吸附位點的影響,脫鋁處理可能導緻沸石内部結構發生坍塌、堵塞、變形,進而影響沸石對VOCs分子的吸附性能 Nigar等考察了幹空氣情況下,不同矽鋁比Y沸石對己烷的吸附特性,證實低矽鋁比NaY、HY對己烷吸附量較高,而脫鋁處理的高矽鋁比沸石(DAY)對己烷吸附量低。

       通過平衡陽離子交換、摻雜對沸石進行改性處理可調節沸石品體内的電場、孔道結構及表面物理化學性質,進而影響沸石的吸附特性。通過研究Cs摻雜對MOR沸石吸附甲苯的影響,發現大部分Cs以Cs2O顆粒形式存在沸石表面,MOR沸石的部分孔道堵塞,比表面積和微孔體積減少,但Cs2O的堿性位點與C=C作用強烈,可顯著増強甲苯與沸石之間的吸附力,具有較低Cs摻雜量(2%)的 CsNaMOR對甲烷的吸附性能最佳。

       沸石表面物理化學性質(親水性、酸堿性等)對VOCs吸附性能也有一定的影響,利用堿和氟化物對全矽Beta沸石表面改性,研究幹、濕環境下改性沸石對不同VOCs分子的吸附性能,測試表明孔體積大、表面疏水的沸石對不同VOCs分子吸附量更大,而水分子會明顯減弱不同Beta沸石的吸附性能,但疏水Beta-F的吸附性能受水汽影響較小。利用表面矽烷化改性法對NaY分子篩進行了疏水改性,發現改性後NaY抗濕性能明顯提高,高濕度條件下(RH=80%),甲烷吸附量增加,三甲基氯矽烷(TMCS)改性的NaY沸石對甲苯的吸附量可增加78%沸石表面酸堿度同樣影響不同OCs分子的吸附,通過對比了不同ZSM5沸石分亍篩對芳香烴的吸附性能,發現HZSM-5沸石表面總酸度大,特别是 Bronsted酸位點含量多,對不同芳香烴的吸附性能佳。



 

工程案例

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