通過對(duì)活性炭和沸石分子篩的表征和動(dòng)態(tài)吸附/脫附實(shí)驗(yàn)，探索2類吸附材料固定床工藝用于非連續(xù)、非穩(wěn)定類型的大風(fēng)量、低濃度揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)排放控制的應(yīng)用前景。

一、背景闡述

近年來，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)的經(jīng)濟(jì)有效控制已成為環(huán)保工作的熱點(diǎn)。大氣中VOCs的來源很多，其中工業(yè)源包括石油化工、包裝印刷、紡織印染、輕工、涂裝和精細(xì)化工等行業(yè)，其生產(chǎn)工藝過程都會(huì)排放出大量的VOCs氣體。目前很多工藝產(chǎn)生VOCs廢氣的特點(diǎn)為大風(fēng)量、低濃度，且很多為間歇性排放，無處理直接排放已無法滿足日趨嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)要求。活性炭吸附、熱空氣脫附加催化燃燒工藝在早期排放要求不高、處理對(duì)象以沸點(diǎn)較低的有機(jī)物為主的情景下，在處理凈化大風(fēng)量、低濃度有機(jī)氣體的場(chǎng)合得到不少應(yīng)用，但在處理一些沸點(diǎn)較高的有機(jī)污染物或?yàn)榱颂岣邇艋识鴮崦摳娇諝鉁囟忍岣咧?20℃以上時(shí)，存在較大的安全隱患。近年來，沸石轉(zhuǎn)輪因安全性好而在低濃度、大風(fēng)量排氣場(chǎng)合取得了較多的應(yīng)用，但從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度，沸石轉(zhuǎn)輪更適合于連續(xù)排放、濃度相對(duì)穩(wěn)定的有機(jī)氣體排放的控制。

二、性能試驗(yàn)與比較

實(shí)驗(yàn)采用的吸附材料為沸石分子篩和活性炭。沸石分子篩為Honewell所產(chǎn)的HiSiv1000型，屬于憎水性；活性炭為煤制柱狀(市售)，直徑為4mm，CTC(四氯化碳吸附值)為61.32%；裝置由配氣系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)組成。配氣系統(tǒng)由風(fēng)機(jī)、干燥裝置、轉(zhuǎn)子流量計(jì)、微型注射計(jì)量泵、加熱器和緩沖室組成，吸附系統(tǒng)由加熱恒溫設(shè)備和固定吸附床組成，檢測(cè)口設(shè)置于吸附系統(tǒng)前后，該實(shí)驗(yàn)是以二甲苯為單一檢測(cè)對(duì)象的實(shí)驗(yàn)。

二甲苯在活性炭和沸石分子篩的吸附過程實(shí)驗(yàn)采用此系統(tǒng)。干燥后的潔凈空氣通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)按一定比例調(diào)節(jié)分配后，稀釋氣體和載有一定濃度的二甲苯氣體匯入緩沖室，完全混合后進(jìn)入加熱恒溫室，以實(shí)驗(yàn)設(shè)定濃度、流量和溫度的穩(wěn)定氣體進(jìn)入吸附單元，并在吸附單元前后測(cè)定二甲苯濃度。

可以看出，分子篩主要孔徑分布在2.0nm以下，集中表現(xiàn)在0.8nm左右，為典型微孔均一型吸附劑；活性炭則體現(xiàn)了廣譜性，微孔較為發(fā)達(dá)的同時(shí)，亦含有一定中孔，孔徑集中在1～2nm左右。活性炭的比表面積、孔容均大于沸石分子篩，但沸石分子篩微孔比表面積占總比表面積高達(dá)85%。

總體而言，活性炭對(duì)二甲苯平衡吸附量高于沸石分子篩，與比表面積和孔容的結(jié)果一致。同時(shí)，與沸石分子篩相比，活性炭的平衡吸附量隨吸附溫度和吸附質(zhì)氣相平衡濃度的不同波動(dòng)較大。當(dāng)二甲苯濃度為100mg·m－3、溫度為30℃時(shí)，活性炭對(duì)二甲苯的吸附吸附平衡容量可達(dá)18%，而在80℃時(shí)則僅為6%，僅為30℃時(shí)容量的約1/3；而同濃度下沸石分子篩在30℃時(shí)的吸附平衡容量約為10%，80℃的吸附平衡容量約為6%，變化不大，說明沸石分子篩孔徑小，吸附勢(shì)高，吸附力強(qiáng)，但不易脫附且容量潛勢(shì)小。

，Zeolite和活性炭均含有豐富的均勻微孔結(jié)構(gòu)，沸石分子篩孔徑均勻，活性炭孔徑分布較廣且總體大于沸石分子篩；對(duì)二甲苯而言，沸石分子篩的平衡吸附量總體小于活性炭，沸石分子篩的平衡吸附量隨平衡濃度和吸附溫度的變化要小于活性炭。