分子筛吸(xī)附
概(gài)述:是分子筛是一种硅铝(lǚ)酸盐,主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的(de)骨架(jià)结构,在结构(gòu)中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐(qí)、内表面积(jī)很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径(jìng)较大的金属离子和化合(hé)态的水。由于水分(fèn)子在(zài)加热后连续地失去(qù),但晶体骨架结构不变,形成了许多大小相同的(de)空腔,空腔(qiāng)又有许多直径相同的微孔相连,比孔(kǒng)道直(zhí)径(jìng)小的物质分子吸附在空腔内(nèi)部,而把比孔道大得分子排斥在(zài)外,从而使不同大(dà)小形(xíng)状的分子(zǐ)分开,直到(dào)筛分分(fèn)子的作用,因(yīn)而称(chēng)作分子(zǐ)筛。
分子筛主要用于(yú)各种气体、液体(tǐ)的深度干燥(zào),气体(tǐ)、液(yè)体的分离和提纯,催化剂载(zǎi)体(tǐ)等
是指(zhǐ)具有(yǒu)均匀的微孔,其孔径(jìng)与一般(bān)分子大(dà)小相当(dāng)的一(yī)类物质。分子筛的应(yīng)用非常广泛,可(kě)以作高效(xiào)干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换(huàn)剂等(děng),但是使用化学原(yuán)料合成分子(zǐ)筛的成本很高。常用分子筛为(wéi)结晶态的(de)硅酸盐或硅铝酸盐,是由硅氧(yǎng)四面(miàn)体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成(chéng)分(fèn)子尺寸大小(通(tōng)常为0.3~2 nm)的孔道和空腔体系,因吸(xī)附分子大小和形(xíng)状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。
作(zuò)用:可(kě)以区分粒径不同的分子以及吸附不饱和分子和极性分子。
工作原(yuán)理:
首吸附功能:分(fèn)子筛对物质(zhì)的吸附来源于物理吸附(范德华力),其晶体(tǐ)孔穴(xué)内部有很强的(de)极性和库仑场,对极(jí)性分子(如水)和(hé)不饱和分子表现出强烈(liè)的吸附能力(lì)。筛分(fèn)功(gōng)能:分子筛(shāi)的孔径(jìng)分布(bù)非常均一(yī),只有分子直径小于孔(kǒng)穴直(zhí)径的(de)物质才可(kě)能(néng)进入分子筛(shāi)的晶穴内(nèi)部(bù)。通过吸附的(de)优先顺序和尺寸大(dà)小来区分不同物质(zhì)的分(fèn)子,所以(yǐ)被(bèi)形象的称为(wéi)“分子筛(shāi)”。
结构:
由此构(gòu)成的蛋白多糖聚(jù)合体曲折盘绕,形成多(duō)微(wēi)孔的(de)筛状结构,称为分子筛。分子(zǐ)筛只允许小于(yú)其微孔(kǒng)的物质(zhì)通过,对大于其(qí)微孔的大分子(zǐ)物质、细菌等则具有屏障作(zuò)用。使(shǐ)基质成为限制细菌等有(yǒu)害物质(zhì)扩散的防御屏障。
沸石分子筛的应用类型
沸石分子筛在VOCs治理中,主(zhǔ)要以盘式转轮(lún)、筒式转轮和固定床分(fèn)子筛的形(xíng)式进行应用。
1)盘式转轮
盘式沸石转轮结构分区(qū)为吸附区、再(zài)生(shēng)区(qū)及冷却(què)区三个(gè)部(bù)分,一般都(dōu)是按10:1:1的(de)分区比例。
吸附区:废气迎风(fēng)面(miàn),一般风速控制在2-4Nm/s,净(jìng)化效率一般(bān)在90-97%,净化(huà)气进入(rù)烟(yān)囱。
冷却(què)区(qū):一般采用制程气(qì)进(jìn)行(háng)冷却,一方面降低了冷却区沸石的温度,使得其具(jù)有(yǒu)吸附性,另外也(yě)顺利实现了热能回收。
脱(tuō)附区:将经过热回(huí)收的气体,再进行加热温度到200℃左(zuǒ)右,进入(rù)脱附区进行冷却(què)。脱(tuō)附再生(shēng)的风量一(yī)般(bān)是进(jìn)气(qì)的10-20倍。当进行高温再生,最高(gāo)温度可达到(dào)300℃左右,需要(yào)在设计(jì)时选择高温再生型转(zhuǎn)轮。
2)筒式(shì)转轮
筒式沸(fèi)石转轮(lún)除了(le)材料加工上的差异,从结构(gòu)上和盘(pán)式有很大的区别,利用(yòng)模块化(huà)沸石(shí)材料(liào)填充成(chéng)筒(tǒng)状结构,来实现(xiàn)VOCs的吸(xī)附浓缩。结构分区(qū)上没(méi)有了盘式的冷却(què)区,当浓缩倍率一样的(de)话(huà),其脱附能耗(hào)高于盘式转(zhuǎn)轮。筒式转轮的浓缩倍率(lǜ)最高可以做到50倍,浓缩倍率越高其搭配的燃烧装置或其他就规格越小(xiǎo),其模块化沸石便于安装和(hé)维护也是设备的一大特点。
3)固(gù)定(dìng)床沸石分子筛
不论筒式转轮或盘(pán)式转轮,其应用场景都要求工况(kuàng)具(jù)有(yǒu)连续性。因此在固定床活性炭(tàn)发展(zhǎn)的基础上(shàng),通过(guò)改变吸附材料,形(xíng)成了固定(dìng)床的蜂窝沸石分子筛吸附床。
由(yóu)于沸(fèi)石分子筛的特性,其动(dòng)态吸附容(róng)量远小于活性炭(tàn),且脱附温度(dù)高(250℃左右)。采用固定床系统对阀门(mén)的气密性(xìng)、固定(dìng)床的保温、脱附温(wēn)升的控(kòng)制等方面都加大了系统复杂。固(gù)定床(chuáng)沸石系统的应用,还(hái)需要积(jī)累(lèi)经验和优化难点解决方案。