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VOCs处理技术调研分析(7)

时间:2014-09-27 21:09来源:GEP Research 作者:GEP 点击:
VOCs处理技术调研分析

颗粒活性炭对浓度在l00mg/m3左右的VOCS有较好的净化效果。其使用周期约在1000h(约40天)以上,但净化效果随使用时间的延长会有所下降。颗粒活性炭优点是价廉易得、较大的表面积、良好的微孔结构、多样的吸附效果、较高的吸附容量和高度的表面反应性;但是也存在一定缺点,颗粒活性炭吸附对优先控制污染物名单中绝大多数的极性有机物,特别是危害较大的卤代烃的吸附效果不太好,而颗粒活性炭吸附后的再生问题一直难以得到满意的解决。吸附效果取决于吸附剂性质、VOCs种类、浓度、性质和吸附系统的操作温度、湿度、压力等,而且气体中的水分对颗粒活性炭的吸附量有很大影响,尤其是当相对湿度大于50%时,颗粒活性炭对VOCs的吸附容量会急剧下降。所有颗粒活性炭最适于处理VOCs浓度为300×10-6~5000×10-6的有机废气,主要用于吸附回收脂肪和芳香族碳氢化合物、大部分含氯溶剂、常用醇类、部分酮类和酯类等,常见的有苯、甲苯、己烷、庚烷、甲基乙基酮、丙酮、四氯化碳、萘、醋酸乙酯等;不适用于胺,硫化氢,低级胺类等成份所致臭气之控制处理,此种废气可利用添着炭处理,或采取添着炭和活性炭并用的方式,或采用药液洗涤和活性炭结合方式,或采取化学吸附剂处理。

(2)硅胶

硅胶是常见的多孔吸附剂,硅胶的骨架(SiO2)是以硅原子为中心、氧原子为顶点的Si-O四面体在空间不太规则地堆积而成的无定形体。堆积时粒子间的空洞即为硅胶的孔隙。无定形体由2-20nm的球形颗粒组成,它们堆积起来就形成了吸附用的硅胶。硅胶不溶于水和任何溶剂,无毒无味,化学性质稳定,除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。它的化学组份和物理结构,决定了它具有热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等特点。与活性炭和分子筛吸附剂相比,硅胶的孔径分布比较单一和窄小,由于硅胶表面羟基产生一定的极性,使硅胶对极性分子和不饱和烃具有明显的选择性。

(3)沸石分子筛

天然沸石的形成条件较为复杂,孔道往往较小,吸附量较低,吸附速率较慢,对于大分子VOCs不易处理。沸石材料是非可燃性材料,热稳定度较佳,可吸附气体种类广泛、且适用处理浓度范围值高,并且不会促使VOCs聚合或反应,如果加入一定高矽铝可以减少水气对于去除污染物的干扰,对挥发性有机物的气体有高效率的吸附能力。某些人工沸石对氨、醋酸、乙醛三种气体的吸附率可以高达98%。

近年来出现的中孔分子筛MCM-41S引人注目,它们的比表面积一般在100-3000m2/g之间,吸附能力较强,孔容较大,热稳定性好,具有很好的应用前景。面临的问题是制备过程需要使用较昂贵的模板剂,这限制了它的大规模应用。为克服此问题,寻求价格低廉的模板剂替代物或研究无模板剂制备中孔材料的新方法已成为这一领域的热点。据报道日本三菱化学研究出无模板剂制备中孔材料的新方法。它不需用模板剂就可以生产孔间距为lnm的中孔硅胶材料,并且能精确调控孔的大小,即通过将主颗粒调至充实,使孔的大小控制在2~50nm范围内。颗粒的大小和形状也可用该方法调控。新方法生产的材料杂质少,例如它含碱金属杂质比一般方法生产的相应产品少。由于新方法有成本优势,用其生产的中孔材料可找到各种用途,例如用作催化剂、载体、膜片表面改性剂以及用于分离、吸附等。新方法还能使所制备的中孔材料具有高度耐用性,从而能经受各种苛刻条件。沸石、分子筛在空气净化中的研究尚少有报道。天然分子筛在吸附性能和孔隙率方面难以符合要求,限制了它们的广泛使用,人工合成的分子筛能提高吸附性能和控制孔隙率等。

全硅介孔分子筛因为具有大孔道、大比表面积、大孔容、高疏水性和表面惰性等优点已经引起广泛关注,被成功地应用在催化、生物及纳米材料等领域。但其在VOCs吸附方面研究较少,MCM-41和SBA-15是目前介孔分子筛的典型代表。黄海凤研究了这两种介孔分子筛,研究系统由VOCs发生器、气体流量控制系统、吸附床等组成。粉末状分子筛经压片,筛分后成型为20~30目的颗粒状样品;取1g分子筛样品装入吸附床层,在150℃下用空气脱附2h,除去分子筛中的水汽和少量有机物;最后使用空气为载气,分为2路,一路气进入VOCs发生器,一路气为稀释气,通过调节2路气的流量和VOCs发生器的温度,来控制进入分子筛的VOCs浓度。吸附容量通过吸附曲线积分计算,并结合称量法得出。2种介孔分子筛适合吸附大分子VOCs,随VOCs分子直径的增大吸附量迅速增加,2种介孔分子筛均适合吸附高浓度VOCs,介孔分子筛对有机分子的脱附温度较低,在150℃下能够基本脱附完全。


1-5介孔分子筛催化材料活性评价流程图

1.标准空气钢瓶;2.流量计;3.恒温水浴锅;4.VOCs发生器;5.吸附管;6.三通阀:7.气相色谱:8.温控仪;9.脱附加热套

(4)膨润土

膨润土又叫膨土岩或斑脱岩,是以蒙脱石(也称微晶高岭石、胶岭石等)为主要成分的粘土岩一蒙脱石粘土岩,是应用最为广泛的非金属矿产之一。膨润土主要由含水的铝硅酸盐矿物组成,主要化学成分是二氧化硅、三氧化铝和水,氧化镁和氧化铁含量有时也较高,此外,钙、钠、钾等碱金属和碱土金属常以不同形式和含量存在于膨润土中,根据交换性钠离子和钙离子含量分为钠基膨润土和钙基膨润土等。膨润土最突出的性质是吸湿膨胀性和离子交换性,吸附水或有机物之后,底面间距d001增大,导致体积膨胀,能吸附八至十五倍于自己的体积的水量,吸水膨胀,能膨胀数倍至三十余倍。有很强的离子交换能力,阳离子交换容量为50-150mmo1/l00g,对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力,最大吸附量可达五倍于自身重量。

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