分子(zǐ)筛吸附
概述:是分子筛是(shì)一种硅铝酸盐,主要由硅铝通过氧桥(qiáo)连接组成空旷的骨架结构(gòu),在结构(gòu)中(zhōng)有(yǒu)很多孔(kǒng)径均匀的孔道和(hé)排列整齐、内表面积很大的(de)空(kōng)穴。此外(wài)还含有电价较低而离子(zǐ)半径较大的金(jīn)属离子和化合态的水。由于水(shuǐ)分子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构(gòu)不变,形成了(le)许多大小相同的空腔,空腔又(yòu)有许多直径(jìng)相同(tóng)的微孔(kǒng)相连,比孔(kǒng)道直径小的物质(zhì)分子吸附在空腔内部(bù),而(ér)把(bǎ)比孔道大得分子排斥在外,从而使不(bú)同大(dà)小(xiǎo)形状的(de)分子分开(kāi),直到筛分(fèn)分子的作用,因而称作分子筛。
分(fèn)子筛(shāi)主要用于各种气体、液体的深度干(gàn)燥,气体、液体(tǐ)的分离和(hé)提纯(chún),催化剂载体等
是(shì)指具有均匀的微孔(kǒng),其孔径与一般分子大小相(xiàng)当的一类物质。分(fèn)子(zǐ)筛的应(yīng)用(yòng)非常广泛,可以作高(gāo)效干燥剂、选择性吸附剂、催(cuī)化剂、离(lí)子交(jiāo)换剂等,但是使用化学(xué)原料合成分子筛的(de)成本很高。常用分子筛为结晶(jīng)态的硅酸盐或硅铝酸盐(yán),是由硅氧四(sì)面(miàn)体(tǐ)或铝(lǚ)氧四面体(tǐ)通过(guò)氧桥键(jiàn)相(xiàng)连而形(xíng)成分子(zǐ)尺寸大小(xiǎo)(通常为0.3~2 nm)的孔道和空腔(qiāng)体系(xì),因吸附分子大小和(hé)形状(zhuàng)不同而具有筛分大小不同的(de)流体分子的能(néng)力。
作用:可(kě)以区分粒径不同(tóng)的(de)分子以及(jí)吸附(fù)不饱和分子和极(jí)性分子。
工作原理:
首吸附功能:分(fèn)子筛对物质的吸附来(lái)源(yuán)于物理吸附(范德华力(lì)),其晶(jīng)体(tǐ)孔穴内(nèi)部有很强的极性和库仑场,对(duì)极性(xìng)分子(如水)和不饱(bǎo)和分子表现出强烈的吸附能(néng)力。筛分(fèn)功能:分子筛的孔径(jìng)分布非常均一(yī),只有(yǒu)分子直径小于孔穴直径的物质才(cái)可能进入分子筛(shāi)的晶穴内部。通过吸附(fù)的优先顺序和尺寸大(dà)小来区分(fèn)不同物质(zhì)的分子,所以被(bèi)形象的(de)称为(wéi)“分子筛(shāi)”。
结构:
由(yóu)此构(gòu)成的蛋白多(duō)糖聚合(hé)体(tǐ)曲折(shé)盘绕,形(xíng)成多(duō)微孔的筛状结(jié)构(gòu),称为分(fèn)子筛。分(fèn)子筛只允许小于其微孔的物质通过,对大于其(qí)微(wēi)孔的大分子物质(zhì)、细菌(jun1)等(děng)则具有屏障作用(yòng)。使基质成为限(xiàn)制细菌等有(yǒu)害物质扩(kuò)散的防御屏障。
沸石(shí)分子筛(shāi)的应用类型(xíng)
沸石(shí)分子(zǐ)筛在(zài)VOCs治理中(zhōng),主要以(yǐ)盘式转轮、筒式转(zhuǎn)轮和固定床分子筛的形式进行应用。
1)盘(pán)式(shì)转轮
盘式沸石转(zhuǎn)轮结构分区为吸附(fù)区、再生区(qū)及冷却区三个部分,一般都是(shì)按10:1:1的(de)分区比例。
吸附区:废气迎风面,一般风速(sù)控制在2-4Nm/s,净化效率一般在(zài)90-97%,净化气进入(rù)烟囱。
冷却(què)区(qū):一般(bān)采用制程气进(jìn)行冷却,一方面(miàn)降低了冷却区沸石的温度,使得其具有吸(xī)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(de)气体,再进行(háng)加热温度到200℃左右,进入脱附区(qū)进行冷(lěng)却。脱(tuō)附再(zài)生的风量(liàng)一般是(shì)进气的(de)10-20倍。当进(jìn)行高温(wēn)再生,最高温度可达到300℃左右,需要在设计时(shí)选(xuǎn)择高(gāo)温再生型转(zhuǎn)轮。
2)筒式(shì)转轮
筒式(shì)沸石转轮除了材料加工(gōng)上(shàng)的差异(yì),从结构上和盘式有很大(dà)的区别,利(lì)用模(mó)块化沸石材料填充成筒状(zhuàng)结构,来实现VOCs的吸附(fù)浓(nóng)缩。结构分区上没有(yǒu)了盘式的冷却区,当浓缩(suō)倍率一样的话,其脱附能耗高(gāo)于盘式转轮。筒式转轮的浓缩(suō)倍率最高可以做到50倍(bèi),浓缩倍(bèi)率越高其搭(dā)配的燃烧装置(zhì)或其他就规格越小,其模(mó)块化沸石便于安装和(hé)维护也是设备的(de)一大特点。
3)固定床沸(fèi)石分子筛
不论筒(tǒng)式转轮或盘式转轮,其(qí)应用场景都要求工况具有(yǒu)连续性。因此在(zài)固定(dìng)床活性炭(tàn)发展的基础上,通过改变吸(xī)附材料,形成了固(gù)定床的蜂窝沸石(shí)分子筛(shāi)吸附床。
由于沸石分子筛的(de)特性(xìng),其(qí)动态(tài)吸附容量远小于活性炭(tàn),且脱附(fù)温度高(250℃左右)。采用固定床系(xì)统对阀门的气密(mì)性(xìng)、固定(dìng)床的保温、脱附温(wēn)升的控制(zhì)等(děng)方面都加大了系统复(fù)杂。固定床(chuáng)沸石系统(tǒng)的应用,还(hái)需要积累经验(yàn)和优化难点解决方案。