分子筛(shāi)吸附

概述:是(shì)分子(zǐ)筛是一(yī)种硅铝酸盐(yán),主要(yào)由硅(guī)铝通过氧桥连接组成空(kōng)旷(kuàng)的骨架结构,在(zài)结构中有很(hěn)多孔径均匀的孔(kǒng)道和排列(liè)整(zhěng)齐、内表面积很大(dà)的空穴。此外还(hái)含有电价较低而离(lí)子半径较大的金(jīn)属离子和化合态的水。由于水分子在加热(rè)后连续(xù)地失去,但晶体骨架结构不变,形成了许多大小(xiǎo)相同的空腔,空腔又(yòu)有许(xǔ)多直径相同的微孔相连,比孔道直径小的物质分子吸(xī)附在空腔内(nèi)部,而(ér)把比孔道大得分子(zǐ)排斥在外,从而使不同大(dà)小形状的分子分开,直(zhí)到筛(shāi)分分(fèn)子的作用,因而称作分子筛。

分子筛主(zhǔ)要用于各种气(qì)体、液体的深度(dù)干燥,气体、液体的分离(lí)和提纯,催化剂载体(tǐ)等

是指具有均匀的微孔,其孔径与一般分子大小相当的一类物质。分(fèn)子筛的(de)应用非(fēi)常广泛,可以(yǐ)作高效干燥剂、选择性吸附剂、催(cuī)化(huà)剂、离子交换(huàn)剂等,但是使用化学原料合成分子筛(shāi)的(de)成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐(yán),是由硅(guī)氧四面体或铝氧四(sì)面体通(tōng)过氧桥(qiáo)键相连而形成分子尺寸大小(通常(cháng)为0.3~2 nm)的孔道(dào)和空(kōng)腔体系,因(yīn)吸附(fù)分子大(dà)小和形状不同而具(jù)有筛分大小不(bú)同的流体分子(zǐ)的能力。

作用:可以区(qū)分粒(lì)径不同的分子以及吸附(fù)不饱和分子和极性分子。

工作原(yuán)理:

首吸(xī)附功能:分子筛对物质的吸附来源于物理吸附(范德华力),其晶体孔(kǒng)穴内部有很强的极性和库(kù)仑场,对极(jí)性分子(如水)和(hé)不饱和分子(zǐ)表现出强烈的(de)吸附能力(lì)。筛分功能:分子筛(shāi)的孔径分布非常均一,只(zhī)有分子直径小于孔穴直(zhí)径的物质才可能进入分子筛的(de)晶穴(xué)内部。通过吸附的优先顺序和尺寸大小(xiǎo)来区(qū)分不同物质的分子,所以被(bèi)形象的称为“分子筛”。

 

结构:

由此构成的蛋白多(duō)糖聚合体曲折盘绕,形(xíng)成多微孔的筛状结构,称为分子(zǐ)筛(shāi)。分(fèn)子(zǐ)筛只允许小于其微孔的(de)物质通过,对大于(yú)其微(wēi)孔的(de)大(dà)分子物质、细菌(jun1)等(děng)则具(jù)有(yǒu)屏障作用。使基质成为(wéi)限制(zhì)细菌等有害(hài)物质扩散的防御屏障。

 

沸石分子筛的应用类型

沸(fèi)石分(fèn)子筛在VOCs治理中,主(zhǔ)要以盘式转轮、筒(tǒng)式转轮和固定床分子筛(shāi)的形式进行(háng)应用。

1)盘式转轮

盘式(shì)沸石转轮结构分区为吸(xī)附区、再生区及冷(lěng)却区(qū)三个部(bù)分,一般都是按10:1:1的(de)分区比例。

吸附区(qū):废气迎风(fēng)面,一般风速(sù)控制在2-4Nm/s,净化效率一般在90-97%,净化气(qì)进入烟囱。

冷却(què)区:一般采用制程气进行(háng)冷却,一方面降低了冷却区沸石的温度(dù),使得其具(jù)有吸附(fù)性,另外也顺利实现了热能(néng)回收。

脱附区:将(jiāng)经(jīng)过热回收的气体,再进行加热温度到(dào)200℃左右,进入脱(tuō)附区进行冷却。脱(tuō)附再生的风量一般是进气的(de)10-20倍。当进行高温再生,最高温度(dù)可达到300℃左右(yòu),需要在设计(jì)时选择高温再生型转轮。

2)筒式转轮

筒式沸石转轮除了材料加工上的差异(yì),从(cóng)结构(gòu)上和(hé)盘式有(yǒu)很大(dà)的(de)区别,利用模块化(huà)沸石材料填充成筒(tǒng)状结构,来实现VOCs的吸附浓缩(suō)。结构分区上没有了盘式的(de)冷却区,当浓缩倍率(lǜ)一样的话,其脱附能耗高于盘式(shì)转轮。筒式转轮的浓缩倍率最高可以做到50倍,浓缩倍(bèi)率(lǜ)越(yuè)高其(qí)搭配的燃(rán)烧装置(zhì)或其他就规格越小,其模(mó)块化沸石(shí)便于安装和维护也是设备的(de)一大特(tè)点。

3)固(gù)定床沸石分子筛

不论(lùn)筒式转轮(lún)或盘式转轮,其应用场景都要求工况具有连续性。因此在固定(dìng)床活性(xìng)炭发展的基础(chǔ)上(shàng),通过改变吸附材料,形成了固定床的(de)蜂窝沸(fèi)石分子筛吸附床。

由于沸(fèi)石(shí)分子筛的特性,其动态吸附容量(liàng)远小于活(huó)性(xìng)炭,且脱(tuō)附温度高(250℃左右)。采用固定床系统对阀门的气密性、固定床的保温(wēn)、脱附温升的控制等方面都加大(dà)了系统复(fù)杂(zá)。固定床沸石系统(tǒng)的应用,还需(xū)要积累经验和优化(huà)难点解(jiě)决方(fāng)案。

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