活性炭和沸石分子筛处理非稳定排放VOCs气体的性能比较-第2页-北极星VOCs在线

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2.2二甲苯的分子筛和活性炭吸附等温方程

图4所示为沸石分子筛和活性炭的二甲苯吸附等温线。总体而言,活性炭对二甲苯平衡吸附量高于沸石分子筛,与比表面积和孔容的结果一致。同时,与沸石分子筛相比,活性炭的平衡吸附量随吸附温度苯的吸附吸附平衡容量可达18%,而在80℃时则仅为6%,仅为30℃时容量的约1/3;而同浓度下沸石分子筛在30℃时的吸附平衡容量约为10%,80℃的吸附平衡容量约为6%,变化不大,说明沸石分子筛孔径小,吸附势高,吸附力强,但不易脱附且容量潜势小。

对实验所得吸附平衡数据,分别采用Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式进行拟合,结果如表2所示。Freundlich吸附等温方程的R2均在0.99以上,故认为活性炭和沸石分子筛对二甲苯的吸附等温方程更适合用Freundlich式表达。

针对间歇性、大风量、低浓度排放废气,吸附浓缩法被认为是经济性和可靠性兼备的理想工艺路线[7,15-16]。工业上应用比较广泛的吸附剂主要是活性炭类和分子筛类。吸附剂孔径对其吸附和脱附性能的影响是极大的,吸附剂的孔径与吸附质的几何大小存在一定的匹配问题[17-19]。活性炭是一种具有不规则微晶结构的无定型碳,由于其较大的比表面积和较强吸附能力,是使用量最大的吸附剂,但活性炭存在可燃、吸附性能受水气影响较大等缺点,限制了其应用[20-22]。憎水性子筛是一种人工合成的沸石,是一类具有骨架结构的微孔水合硅铝酸盐晶体,沸石分子筛的孔尺寸通常小于1.0nm,由于其特有的规则孔道结构、选择性和高水热稳定性,被广泛应用在催化、分离等化学和石油化工领域。具有多孔结构的活性炭对二甲苯吸附平衡容量较高,且工作容量随着浓度的增加在相当宽的范围内不断增大。而分子筛比表面积和孔容均较低,表现在对二甲苯的吸附平衡量也相对较低,但在吸附温度大于80℃,污染物浓度低的情况下,分子筛的吸附平衡容量逐渐超越活性炭,且吸附平衡容量随浓度变化波动小,说明沸石分子筛更适用于在低浓度、且排气温度较高的工况。

2.3活性炭和沸石分子筛固定床的二甲苯吸附穿透曲线

图5所示为二甲苯气体通过相同高度的活性炭和沸石分子筛吸附柱时的吸附穿透曲线。选取的吸附床截面风速分别约为0.3、0.4和0.5m˙s-1,活性炭动态吸附实验的进口浓度分别约288.2、315.8和301.0mg˙m-3;沸石分子筛实验动态吸附实验的进口浓度分别约为299.9、301.2和296.7mg˙m-3,吸附系统恒温30℃。

结果显示沸石分子筛和活性炭的各风速工况的穿透曲线均为典型的S型曲线。以出口浓度为进口浓度的5%时作为穿透点,沸石分子筛在0.3、0.4和0.5m˙s-1工况下的穿透时间分别约为15.5、11.5和9.5h;活性炭在0.3、0.4和0.5m˙s-1工况下的穿透时间分别约为19、12.5和9h。可见,沸石分子筛在断面风速较大时,吸附穿透时间已经超过活性炭,亦可维持较好的吸附速度。从达到吸附平衡的时间来看,活性炭的吸附饱和时间均大于沸石分子筛,故平衡吸附量也高于沸石分子筛,这与前述表征结果一致,活性炭是含有微孔和中孔的多孔结构,比表面积较大,吸附量更大。在一定程度上,活性炭吸附二甲苯更有利。在30℃、进气浓度为300mg˙m-3实验条件时,不同截面速度下的活性炭和沸石分子筛的单位传质区长度的平均传质量如表3所示,当截面速度为0.3~0.5m˙s-1时,沸石分子筛单位传质区长度平均传质量是活性炭的约1.42~1.66倍,说明沸石分子筛吸附速率更快。随着风速的升高,吸附床紊流程度随之加大,平均传质量随之增加。

原标题：活性炭和沸石分子筛处理非稳定排放VOCs气体的性能比较

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