分子筛吸附
概述:是分子筛是一种硅铝酸盐,主要由硅铝通过氧桥连接组成空旷的骨架结构,在结构中有很多孔径均匀的孔道和排列整齐、内表面积很大的空穴。此外还含有电价较低而离子半径较大的金属离子和化合态的水。由于水分子在加热后连续地失去,但晶体骨架结构不变,形成了许多大小相同的空腔,空腔又有许多直径相同的微孔相连,比孔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,从而使不同大小形状的分子分开,直到筛分分子的作用,因而称作分子筛。
分子筛主要用于各种气体、液体的深度干燥,气体、液体的分离和提纯,催化剂载体等
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。分子筛的应用非常广泛,可以作高效干燥剂、选择性吸附剂、催化剂、离子交换剂等,但是使用化学原料合成分子筛的成本很高。常用分子筛为结晶态的硅酸盐或硅铝酸盐,是由硅氧四面体或铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3~2 nm)的孔道和空腔体系,因吸附分子大小和形状不同而具有筛分大小不同的流体分子的能力。
作用:可以区分粒径不同的分子以及吸附不饱和分子和极性分子。
工作原理:
首吸附功能:分子筛对物质的吸附来源于物理吸附(范德华力),其晶体孔穴内部有很强的极性和库仑场,对极性分子(如水)和不饱和分子表现出强烈的吸附能力。筛分功能:分子筛的孔径分布非常均一,只有分子直径小于孔穴直径的物质才可能进入分子筛的晶穴内部。通过吸附的优先顺序和尺寸大小来区分不同物质的分子,所以被形象的称为“分子筛”。
结构:
由此构成的蛋白多糖聚合体曲折盘绕,形成多微孔的筛状结构,称为分子筛。分子筛只允许小于其微孔的物质通过,对大于其微孔的大分子物质、细菌等则具有屏障作用。使基质成为限制细菌等有害物质扩散的防御屏障。
沸石分子筛的应用类型
沸石分子筛在VOCs治理中,主要以盘式转轮、筒式转轮和固定床分子筛的形式进行应用。
1)盘式转轮
盘式沸石转轮结构分区为吸附区、再生区及冷却区三个部分,一般都是按10:1:1的分区比例。
吸附区:废气迎风面,一般风速控制在2-4Nm/s,净化效率一般在90-97%,净化气进入烟囱。
冷却区:一般采用制程气进行冷却,一方面降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:将经过热回收的气体,再进行加热温度到200℃左右,进入脱附区进行冷却。脱附再生的风量一般是进气的10-20倍。当进行高温再生,最高温度可达到300℃左右,需要在设计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,从结构上和盘式有很大的区别,利用模块化沸石材料填充成筒状结构,来实现VOCs的吸附浓缩。结构分区上没有了盘式的冷却区,当浓缩倍率一样的话,其脱附能耗高于盘式转轮。筒式转轮的浓缩倍率最高可以做到50倍,浓缩倍率越高其搭配的燃烧装置或其他就规格越小,其模块化沸石便于安装和维护也是设备的一大特点。
3)固定床沸石分子筛
不论筒式转轮或盘式转轮,其应用场景都要求工况具有连续性。因此在固定床活性炭发展的基础上,通过改变吸附材料,形成了固定床的蜂窝沸石分子筛吸附床。
由于沸石分子筛的特性,其动态吸附容量远小于活性炭,且脱附温度高(250℃左右)。采用固定床系统对阀门的气密性、固定床的保温、脱附温升的控制等方面都加大了系统复杂。固定床沸石系统的应用,还需要积累经验和优化难点解决方案。