分(fèn)子筛吸附
概述(shù):是分子(zǐ)筛是一(yī)种硅(guī)铝酸盐(yán),主要(yào)由硅铝通过氧桥连接组成空(kōng)旷的(de)骨架结构,在结构中有很多孔(kǒng)径均(jun1)匀的孔道(dào)和排列整齐、内表(biǎo)面积很大的空(kōng)穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子(zǐ)和化合态的水。由(yóu)于水分子在加热(rè)后(hòu)连(lián)续(xù)地失去,但晶体(tǐ)骨架结构不(bú)变,形成了许多大小相同的空(kōng)腔(qiāng),空腔(qiāng)又(yòu)有许(xǔ)多直径(jìng)相同的微孔相连(lián),比孔(kǒng)道直径小的物(wù)质分子吸附在(zài)空(kōng)腔内部,而(ér)把比孔道大得分(fèn)子排斥在外,从而使不同(tóng)大小(xiǎo)形状(zhuàng)的分子分开,直(zhí)到筛分分子的作用,因(yīn)而称作分子筛。
分子筛主要(yào)用于各(gè)种气体、液体的深(shēn)度干燥,气体、液(yè)体(tǐ)的分离和提纯(chún),催化剂载体等
是指具(jù)有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小(xiǎo)相当(dāng)的一类物质。分子筛的应(yīng)用非常(cháng)广泛,可以作(zuò)高效干燥剂、选择(zé)性吸附(fù)剂(jì)、催化剂、离子交换剂(jì)等,但是使用化学原料(liào)合成分子(zǐ)筛的(de)成本很高。常用分子筛为结(jié)晶态的硅酸(suān)盐或硅铝酸盐,是由硅(guī)氧(yǎng)四面(miàn)体或铝氧四面体通(tōng)过氧桥(qiáo)键相连(lián)而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2 nm)的孔(kǒng)道(dào)和空腔体系,因(yīn)吸附(fù)分子大小(xiǎo)和(hé)形状不同而具有筛分(fèn)大(dà)小不同(tóng)的流体分子的能力。
作用:可以区分粒径不同的(de)分子以及吸附不饱和分子和极性分子。
工作原理:
首(shǒu)吸附功能:分子(zǐ)筛对物质的(de)吸附来源于物理(lǐ)吸附(范(fàn)德华力),其(qí)晶(jīng)体孔(kǒng)穴内部(bù)有很强的极性和库仑场(chǎng),对极性分(fèn)子(如水)和不饱和分子(zǐ)表现出强烈(liè)的吸(xī)附(fù)能(néng)力。筛(shāi)分功能:分子筛(shāi)的(de)孔径分布非常均一,只有(yǒu)分子(zǐ)直径小于(yú)孔(kǒng)穴直径的物质(zhì)才可能进入分子筛的晶穴内(nèi)部。通(tōng)过吸附的优先顺序和(hé)尺寸大(dà)小来区(qū)分不同物质的分子,所以(yǐ)被(bèi)形象的称为“分子筛”。
结构(gòu):
由此(cǐ)构成的蛋白多糖聚合(hé)体(tǐ)曲折盘(pán)绕,形成多微孔的筛状结(jié)构,称(chēng)为(wéi)分子筛。分子筛只(zhī)允(yǔn)许小于其微孔的物质通过,对(duì)大于其微孔的大分(fèn)子(zǐ)物(wù)质、细菌(jun1)等则具有屏障作用。使基质成为限制细菌等有害(hài)物(wù)质扩(kuò)散的防御屏障。
沸石分(fèn)子筛的(de)应用(yòng)类(lèi)型
沸石分子(zǐ)筛在VOCs治理中,主要以盘式转轮、筒式转轮和固定床(chuáng)分子筛的(de)形式进行应用。
1)盘式转轮
盘式沸石转轮结构分区为(wéi)吸附(fù)区、再(zài)生区及冷(lěng)却区三个部分,一般都是按(àn)10:1:1的分区比(bǐ)例(lì)。
吸附区:废气(qì)迎风(fēng)面(miàn),一般风速控制在(zài)2-4Nm/s,净化效率(lǜ)一般在90-97%,净化气(qì)进入烟囱。
冷(lěng)却区:一般采用制程气进行冷却,一方面降(jiàng)低了冷却区沸石的温度,使得其具有吸附性,另外也顺利实现了热能回收。
脱附区:将(jiāng)经过热回收的气(qì)体(tǐ),再进行加热温度到200℃左右,进入脱附区进行冷却。脱附再生的风(fēng)量一般是(shì)进气(qì)的10-20倍。当进行高温再生,最(zuì)高温(wēn)度可达到(dào)300℃左右,需要在设计时(shí)选(xuǎn)择高温(wēn)再生型转轮。
2)筒式转轮
筒式沸石转轮(lún)除了材料加(jiā)工上的差(chà)异,从(cóng)结(jié)构上和盘式有很大的区别,利用模块(kuài)化沸石材(cái)料填充成筒状结构,来实现(xiàn)VOCs的吸附浓缩。结(jié)构分(fèn)区上没有(yǒu)了盘式的冷(lěng)却(què)区,当浓缩倍(bèi)率(lǜ)一(yī)样的话,其脱附能耗高于盘式(shì)转轮。筒式转轮(lún)的(de)浓缩倍(bèi)率最高可(kě)以做到50倍,浓(nóng)缩(suō)倍率越(yuè)高其搭配的燃烧装(zhuāng)置或(huò)其他就规格越小(xiǎo),其模(mó)块化沸石便于安装和维护也是设(shè)备的一大特点(diǎn)。
3)固(gù)定床沸石分子筛
不论筒式转轮或盘式转(zhuǎn)轮,其应用场景都(dōu)要(yào)求工况具有连续性(xìng)。因此在固定床活性(xìng)炭发展的基础上,通过改变吸附材料(liào),形成了固定床的(de)蜂窝沸(fèi)石(shí)分子筛吸附床。
由(yóu)于(yú)沸石(shí)分子筛的特(tè)性(xìng),其动态吸附容量远小于活性炭,且脱附温度高(250℃左右)。采用固定(dìng)床系统对阀门的(de)气密性、固定床的保(bǎo)温、脱附温升(shēng)的控制等方面(miàn)都加大了(le)系统复(fù)杂。固定(dìng)床沸石系统的应用,还(hái)需要积累经验和(hé)优(yōu)化难点(diǎn)解决方(fāng)案。