分子筛(shāi)吸附
概(gài)述(shù):是(shì)分子筛是一种(zhǒng)硅铝酸盐,主要由硅铝通过(guò)氧桥连接组成空旷的骨(gǔ)架结构,在结构中有很多孔径均匀(yún)的孔道和(hé)排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较(jiào)大的金(jīn)属离(lí)子和化合态的水。由于(yú)水(shuǐ)分子在加热(rè)后连续地失(shī)去,但(dàn)晶体骨架结构不变,形(xíng)成了许多(duō)大小相同(tóng)的空腔,空(kōng)腔又(yòu)有许多直(zhí)径相同的微孔相连,比孔(kǒng)道直径小的物质分子吸附在空腔内部,而把比孔道大得分子排斥在外,从而使不同大(dà)小形状的分子分开(kāi),直到筛分分(fèn)子的作用,因(yīn)而称作分子(zǐ)筛。
分子筛主(zhǔ)要用于各种(zhǒng)气体、液体的深度干燥,气体、液体的分离和提(tí)纯,催(cuī)化(huà)剂载体等
是(shì)指具有(yǒu)均匀的微孔,其孔径(jìng)与一般分(fèn)子大小(xiǎo)相当的一类物质(zhì)。分子筛(shāi)的应用非常广泛,可(kě)以作高效干燥(zào)剂、选择性吸附剂(jì)、催化剂、离子交(jiāo)换剂等,但是使(shǐ)用化(huà)学原料合成分(fèn)子筛(shāi)的(de)成本(běn)很高。常用分子筛(shāi)为结晶态的硅酸盐(yán)或硅铝(lǚ)酸盐,是由(yóu)硅氧四面体或铝氧四面体(tǐ)通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为(wéi)0.3~2 nm)的孔道(dào)和空腔体系,因吸附分子大小和形状不同而具(jù)有(yǒu)筛分大小不同的流(liú)体分子的能力。
作(zuò)用:可以区分粒径不同的分子以及吸(xī)附不饱和分子和极(jí)性分子。
工作原(yuán)理:
首吸附(fù)功能:分子筛对(duì)物质的吸附来源于物理吸附(范德华力(lì)),其晶体孔穴内(nèi)部有(yǒu)很强的极(jí)性和库仑场,对极性(xìng)分子(如水)和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。筛分功能:分子筛(shāi)的(de)孔径分布非常均一,只(zhī)有分(fèn)子直(zhí)径小于孔穴(xué)直径的物质才可(kě)能进入分子筛的晶穴内部。通过吸附的优先顺序(xù)和尺寸大小(xiǎo)来(lái)区分不同物质的分子(zǐ),所以被形象(xiàng)的(de)称为(wéi)“分子筛”。
结构:
由此构成的蛋白多(duō)糖聚合(hé)体曲折盘绕,形(xíng)成(chéng)多微孔(kǒng)的筛(shāi)状(zhuàng)结(jié)构,称为分子筛。分子筛只允许(xǔ)小于其(qí)微孔的物(wù)质通过,对大于其微孔的大分子物质、细菌等则具(jù)有屏障作用。使基质成为限制细菌等有害物质扩(kuò)散的防御屏障。
沸石(shí)分子筛的应用类型
沸石分子筛在VOCs治理(lǐ)中,主(zhǔ)要(yào)以(yǐ)盘式转轮、筒(tǒng)式转轮和固定(dìng)床分子筛的形式进行应(yīng)用。
1)盘式转轮
盘式(shì)沸石转轮结(jié)构(gòu)分区(qū)为吸附区、再生区及(jí)冷却区三个部分,一般都是(shì)按10:1:1的分(fèn)区比(bǐ)例。
吸附区:废气迎(yíng)风(fēng)面,一般(bān)风速控制在2-4Nm/s,净化效率(lǜ)一般在90-97%,净化气(qì)进(jìn)入烟囱。
冷却区:一般采用制程气进行冷(lěng)却,一方(fāng)面降低了冷却区沸石(shí)的(de)温(wēn)度,使得(dé)其具有吸附性,另外也顺利实现了热能回收。
脱附区(qū):将经过热回收的气体,再进行加热温度到200℃左(zuǒ)右,进入脱附区(qū)进行冷却。脱附(fù)再生的风量一般是进气的(de)10-20倍(bèi)。当进行高(gāo)温再生(shēng),最高温度可达到300℃左右,需(xū)要在设计时选择(zé)高温再生型(xíng)转轮。
2)筒式转轮(lún)
筒式沸石转轮除了材(cái)料加工上的差异,从结(jié)构上(shàng)和盘式有很大的区别,利用模块化沸石材(cái)料填充成(chéng)筒状结构,来(lái)实现VOCs的吸附浓缩。结构分(fèn)区上没有了盘(pán)式的冷却区,当浓(nóng)缩倍率一(yī)样的话(huà),其(qí)脱附(fù)能耗高(gāo)于盘(pán)式转(zhuǎn)轮。筒式转轮的浓缩倍率(lǜ)最高可以做(zuò)到50倍,浓缩倍(bèi)率越高其搭配(pèi)的燃烧装置或(huò)其他就规格(gé)越小,其模(mó)块(kuài)化沸石便于安(ān)装(zhuāng)和(hé)维护(hù)也是设备的一大特点。
3)固定(dìng)床沸石分子筛
不论筒(tǒng)式转轮或盘式转(zhuǎn)轮,其应用(yòng)场(chǎng)景都(dōu)要(yào)求工况具有连续性。因此(cǐ)在固定(dìng)床(chuáng)活性炭发展的基础上(shàng),通过(guò)改变吸(xī)附材料,形成了固定床的蜂窝(wō)沸石分子筛吸附床。
由于沸石分子筛的特(tè)性(xìng),其动态吸附容量远小于活性炭,且脱附温(wēn)度高(gāo)(250℃左(zuǒ)右)。采用固定床系统(tǒng)对阀门的气密性、固定床的保温、脱附(fù)温升的控制等方面都加(jiā)大了系统(tǒng)复杂。固定床沸石系统的(de)应用(yòng),还(hái)需(xū)要积累经验和优化(huà)难点(diǎn)解决方案。