常用VOCs吸附材料介紹
可用于VOCs氣體捕集的吸附劑主要為多孔材料,如活性炭、活性炭纖維、硅藻土、介孔二氧化硅、金屬有機骨架(MOFs)以及分子篩等,下面分別介紹下相關(guān)吸附材料特性。
活性炭和活性炭纖維屬于炭基多孔材料,吸附容量大、耐酸堿且成本低廉,是應用最為廣泛的吸附劑材料,然而其豐富的表面基團易于與VOCs分子發(fā)生化學(xué)吸附或形成穩定的氫鍵,解吸/脫附不徹底,且炭基材料不耐高溫導致再生困難;硅藻土是由無(wú)定形水合二氧化硅組成的硅藻殼,水熱穩定性差且主要為大孔結構,不利于低濃度下的VOCs氣體吸附;介孔二氧化硅同樣受限于自身較大的介孔孔道,對動(dòng)力學(xué)直徑較小的VOCs分子吸附結合力相對較弱,富集低濃度VOCs氣體能力較差;金屬有機骨架化合物(MOFs)是一種新興的多孔材料,對VOCs分子具有較高的吸附容量,但其前驅體制備成本高,合成時(shí)需使用大量的有機溶劑,且熱穩定性差,目前尚處于基礎研發(fā)階段;沸石分子篩是一種人工合成的結晶態(tài)的硅酸鹽,具有在分子尺寸上高度有序、孔徑可調的微孔孔道,骨架結構豐富,可根據VOCs分子大小進(jìn)行選擇性吸附,且分子篩熱穩定性好,易于再生。目前,分子篩已廣泛用于工業(yè)上吸附/分離過(guò)程,其中分子篩轉輪技術(shù)已成功應用于工業(yè)排放VOCs氣體的吸附捕集。
分子篩是[TO4](T:Si、Al、Ti、Sn 等)四面體結構單元按特定方式連接形成的骨架拓撲結構。截至2016年,國際分子篩協(xié)會(huì )(IZA-SC)公布了231 種分子篩的骨架拓撲結構(通常采用三個(gè)字母形式來(lái)表示,如CHA、MFI、FAU 等),豐富多樣的骨架拓撲決定了分子篩具有多變的孔道結構(尺寸、維度以及聯(lián)通性)和獨特的籠結構,常見(jiàn)的分子篩孔道尺寸分布在0.35 ~ 0.9 nm之間,基本上與VOCs分子尺寸相對應,而籠結構提供了VOCs分子的吸附空間,使其具有高吸附容量。因此,對于特定VOCs的捕集,可以選擇孔徑與其動(dòng)力學(xué)直徑相匹配的分子篩吸附劑,減弱分子擴散和努森擴散效應的影響,提高孔內吸附速率,加強VOCs 分子在孔/籠內的有效吸附,提高分子篩吸附劑對VOCs 分子的吸附容量。
由上圖可見(jiàn),對于不同動(dòng)力學(xué)直徑的VOCs分子,可選擇與之孔徑相匹配的分子篩進(jìn)行吸附捕集。
來(lái)源:沸石分子篩用于VOCs 吸附脫除的應用研究進(jìn)展,作者王旭等,VOCs減排工作站再編輯。
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