目前在環(huán)保VOCs治理方面,大家越來越喜歡用沸石吸附劑來治理,因為用常規(guī)的活性炭已經無法滿足部分工藝要求,比如說分子較小的苯乙烯很難被活性炭吸附掉,活性炭存在著易燃、吸脫附不穩(wěn)定、壽命短、后期維護費用高等缺點。而沸石吸附劑憑借著其吸附量大,使用量更少,脫除更高等優(yōu)點,已廣泛應用于多個領域。
最早的分子篩是從自然界中發(fā)現的,自1756年到現在已陸續(xù)發(fā)現36種之多。這種天然分子篩是一種結晶的鋁硅酸鹽,因將其加熱熔融時可起泡"沸騰",因此又稱沸石(Zeolite)或泡沸石,又因其內部微孔能篩分大小不一的分子,故又名分子篩或沸石分子篩。
一、吸附原理
沸石分子篩具有多孔骨架結構, Mex/m【(Al2O3)x(SiO2)y】· mH2O,其中Me主要是K+、Na+、Ca2+等金屬陽離子,x/n為價數為n的可交換金屬陽離子Me的個數,m是結晶水的分子數。
吸附的原理是:分子引力作用在固體外表發(fā)生的一種“外表力”,當流體流過期,流體中的一些分子因為做不規(guī)則運動而碰撞到吸附劑外表,在外表發(fā)生分子濃聚,使流體中的這種分子數目削減,到達分離、鏟除的意圖。分子篩和活性氧化鋁調配使用在吸附式干燥機作用更佳。
二、常用的分子篩分類
目前人工合成的沸石分子篩已超過百種。最常用的有A型、X型、Y型、M型和ZSM型等。A、X、Y型分子篩晶體結構如下圖2-1所示:
A、X和Y型分子篩晶體結構
(a)A型;(b)X型、Y型
分子篩在結構上有許多孔徑均勻的孔道與排列整齊的洞穴,這些洞穴由孔道連接。洞穴不但提供了很大的比表面積,而且它只允許直徑比其小的分子進入,從而對大小及形狀不同的分子進行篩分。根據孔徑大小不同和SiO2與Al2O3分子比不同,分子篩有不同的型號。如3A(鉀A型)、4A(鈉A型)、5A(鈣A型)、10X(鈣X型)、13X(鈉X型)、Y(鈉Y型)、鈉絲光沸石型等。
三、常用分子篩的重要參數
1.分子篩幾個重要技術參數
(1) 顆粒度:分子篩吸附劑制造的微球的外觀,顆粒度規(guī)劃把持在上下限之間,大于95%上、下限及上限均不能超過5%。
(2) 抗壓強度:因為運用微球的工況條件大可能是壓力差較大,假設抗壓強度不相符懇求,極易形成分子篩的破損,除了影響使用壽命外,還可能使配備管道擁塞形成嚴峻作用。
(3) 堆積密度:分子篩吸附劑的堆積密度與抗壓強度根本上呈正比,在吸附容量不變的情形下,堆積密度越大越好。
(4) 裝含水量:包裝含水量越小,也就是標明微球在儲存和運送進程中的預吸附越少。
2.常用沸石分子篩的特性如下表3-1所示:
表3-1常用吸附劑特性
四、分子篩與其他吸附劑相比有以下優(yōu)點∶
1.吸附選擇性強
這是由于分子篩的孔徑大小整齊均一,又是一種離子型吸附劑,因此它能根據分子的大小及極性的不同進行選擇性吸附。如它可有效地從飽和碳氫化合物中把乙烯、丙烯除去,還可有效地把乙炔從乙烯中除去,這一點是由它的強極性決定的。
2.吸附能力強
即使氣體的組成濃度很低,仍然具有較大的吸附能力。
3.在較高的溫度下仍有較大的吸附能力,而其他吸附劑卻受溫度的影響很大,因而在相同溫度條件下,分子篩的吸附容量大
正是由于上述優(yōu)點,分子篩成為一種十分優(yōu)良的吸附劑,廣泛用于基本有機化工、石油化工的生產上,在污染氣體的治理上,也常用于含SO2、NO、CO、CO2、CCl4、水蒸氣和氣態(tài)碳氫化合物廢氣的凈化。目前,沸石分子篩在揮發(fā)性有機物治理領域得到了廣泛的應用。沸石分子篩轉輪在大風量、低濃度的揮發(fā)性有機物治理方面,發(fā)揮著越來越大的作用,它可以把濃度只有每立方米幾十毫克的VOCs進行10~20倍的濃縮,使之成為可以進行回收或燃燒處理的氣體。