MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究进展

大气中挥发性有机物（VOCs）严重威胁生态环境和人类健康,其治理迫在眉睫。吸附法因操作简单、效率高、能耗低等优势成为目前处理VOCs最经济有效的方法之一。但传统吸附材料如分子筛、活性炭、硅藻土等存在吸附容量小、易堵塞、选择性低且再生困难等问题。因此,发展高效稳定的VOCs吸附材料仍是目前的研究热点。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种比表面积高、孔道结构丰富的新型多孔材料,在VOCs吸附净化方面具有良好的应用潜力。针对近10年MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究,从MOFs的结构和特点出发,详述MOFs的分类及其复合材料的类型,基于MOFs基多孔材料吸附VOCs过程中的影响因素和机制,对其在VOCs吸附应用方面的研究进展进行总结,并对其在该领域的未来发展进行展望。     

碳基材料与挥发性有机污染物相互作用行为和机制研究进展

挥发性有机物(VOCs)是常见的污染物，可通过工农业生产活动进入环境，并对生态环境和人类健康构成潜在威胁。碳基材料具有多种优点且极具工程应用潜力，被广泛应用于VOCs污染防治的研究中。因此明确碳基材料与VOCs间的作用机制有着切实的环境意义。首先综述了VOCs的主要来源、危害。并以碳基材料为主要关注对象，论述了各种改性或未改性碳基材料对VOCs的吸附和降解效率；详细介绍了吸附和降解过程中两者间可能发生的作用机制；然后从碳基材料和VOCs本身的物理化学性质以及环境因素角度出发，探讨碳基材料吸附或降解VOCs过程中的影响因素；最后阐明了两者之间的关联和区别，总结出判定去除VOCs过程中相互作用的方法。基于此，碳基材料在VOCs治理过程中起到重要作用，具有重要的环境意义。研究成果可为碳基材料的结构调控方向、应用性能评价及其在VOCs吸附或降解中的应用提供参考。     

稀土材料在挥发性有机废气降解中的应用及发展趋势

稀土材料由于富含表面羟基、表面晶格缺陷和具有高温稳定性,结合其强挥发性有机物（VOCs）亲和性以及优异储氧和释放能力等优势,在大气污染控制领域的应用十分广泛。近年来的研究发现,部分稀土基材料在VOCs处理上的效果优于贵金属催化剂,在实际工程中也显示出广泛的应用前景。在文献及工程调研的基础上,综述了稀土基材料在国内外催化领域、吸附领域以及实际工程应用中的现状,分析了稀土材料的优势以及目前面临的难题。从吸附、催化等角度分析了稀土材料在国内外的发展趋势,同时结合我国当前国情指出发展中的关键问题及解决方案,期望能为稀土材料在VOCs治理领域的更好发展提供参考。     

反相气相色谱法研究CPC-膨润土对VOCs的吸附作用

运用反相气相色谱法研究了20种VOCs在CPC-膨润土上的吸附平衡及吸附热．结果表明，CPC-膨润土对VOCs的吸附有较强选择性，吸附能力与有机物的分子量、分子结构、饱和蒸气压等物理化学性质有关，对苯系物和分子量较大的酯类和酮类等吸附能力较强．温度较低时，CPC-膨润土对VOCs的吸附能力较强，吸附热较大；吸附热与VOCs的沸点蒸发热相当，但比活性炭等常规吸附剂对VOCs的吸附热小。     

活性炭吸附挥发性有机化合物的研究进展

由于挥发性有机化合物(VOCs)对人类健康和生态环境的危害巨大,因此VOCs控制技术的研究显得尤为重要。活性炭吸附法具有技术成熟、操作简单、净化效率高、能耗低以及可回收等优势,是净化VOCs最经济、有效的方法之一。主要综述了活性炭在脱除VOCs方面的研究进展,包括活性炭的制备和改性技术及其对VOCs的吸附性能、活性炭吸附VOCs的影响因素以及活性炭在实际工业中的应用。通过探究不同制备及改性方法对活性炭孔结构、表面化学性质、比表面积的改变与VOCs吸附效果之间的联系,并结合实际应用实例,对活性炭吸附技术在实际应用中的发展方向提出了一些合理见解。     

两种介孔分子筛动态吸附VOCs的研究

采用模板剂法制备了孔道规整、大比表面积的2种介孔分子筛MCM-41和SBA-15,并以甲苯、二甲苯、三甲苯为吸附对象,考察了介孔分子筛动态吸附VOCs的性能.结果表明,增加VOCs分子尺寸和浓度,降低床层温度可大幅提高介孔分子筛吸附性能.SBA-15由于介孔壁上的微孔结构适合吸附低浓度、小分子VOCs;MCM-41更适合吸附高浓度、大分子VOCs.TPD脱附试验表明,VOCs在介孔材料表面150℃下就能基本脱附完全.     

室内挥发性有机物处理技术的研究和应用

近年来,室内挥发性有机物(VOCs)对人类健康影响的研究越来越受到关注,然而适合室内的低浓度VOCs的处理技术和应用的研究尚不够深入。介绍了处理室内VOCs的吸附法、生物处理法、低温等离子体技术以及光催化法和多种技术联用的发展历程,并在空调、空气净化器、环保装修材料的应用方面进行了介绍和展望。认为这些处理技术和应用具有广阔的发展前景和未来市场,对VOCs的处理效率高且清洁无二次污染。     

一般性问题

X701 200403331 大风量VOCs废气治理/乔惠贤…(防化研究院) //环境工程/中冶集团建筑研究总院.-2004,22 (1).-36-38 环图X-26 研究了以吸附-催化燃烧综合净化工艺原理为基础的FCJ系列有机废气净化装置,该装置采用一种新型吸附材料(蜂窝状活性炭),充分发挥了2种工艺的优点,对VOCs废气治理的应用范围较大,特别适用于VOCs废气排放量大、浓度较低     

重点行业VOCs排放特征统计分析

吸附法是当前VOCs处理的基础方法,对不同特征的VOCs排放,吸附剂的特征选择也不尽相同。为进一步对特征匹配吸附的应用提供指导,通过文献调研和现场调查,收集了国内部分重点VOCs排放行业源排放数据,在通用的VOCs化学种类分析的基础上,进一步引入VOCs分子特征和性质分析,尝试对重点VOCs排放行业的VOCs 排放特征进行更加完备的系统分析和统计,明确各重点行业的VOCs排放统计特性,为其针对性吸附治理提供更加全面的指导。依据行业门类VOCs排放的综合特征分析,可为VOCs 废气控制技术的选择、评价和开发提供参考。     

先进实用挥发性有机废气吸附与催化净化技术

介绍了挥发性有机废气吸附与催化净化的先进技术及其进展,阐明了最新发展的解吸技术及吸附材料使解吸的时间缩短、效率提高、能耗少和解决难解吸等问题,改进的催化燃烧设备及催化材料则能更有效地净化VOCs及减少二次污染的产生,这些先进的技术及新材料为VOCs治理提供了有效的途径。     

活性炭吸附和脱附-等离子体氧化净化有机废气

根据滑动弧放电等离子体适于降解高浓度有机物废气的特性,结合活性炭吸附法,提出了吸附器的吸附浓缩和热脱附-等离子体氧化净化有机废气技术。实际运行结果表明:对于处理低浓度、大风量的有机废气,该技术与其他技术相比具有净化效率高、二次污染小和节省能耗等优点。     

蜂窝活性炭与沸石分子筛对涂装VOCs废气的吸脱附性能对比

选取工业涂装VOCs废气作为试验对象,以蜂窝活性炭和沸石分子筛为吸附剂,设计固定床小试装置进行VOCs吸脱附试验。结果表明：蜂窝活性炭的碘值、比表面积、总孔容及微孔孔容均大于沸石分子筛,分别是沸石分子筛的1.79,2.93,1.55,2.02倍;相同脱附温度、进气风速条件下,VOCs从蜂窝活性炭表面脱附更容易,其脱附时间远低于沸石分子筛;相同反应条件下,蜂窝活性炭对VOCs的饱和吸附量明显高于沸石分子筛,但沸石分子筛的饱和吸附量受反应温度和VOCs浓度的影响相对较小;循环吸脱附10次后,蜂窝活性炭和沸石分子筛对VOCs的吸附率分别下降为第1次时的71.35%和81.15%,沸石分子筛的吸脱附性能更为稳定;蜂窝活性炭饱和吸附量大、脱附时间快,适用于宽负荷、低风量、中高浓度VOCs废气处理;沸石分子筛空气动力学及循环吸脱附性能较好,适用于处理初始温度相对较高、中低浓度VOCs废气。     

Potential applications of porous organic polymers as adsorbent for the adsorption of volatile organic compounds

Volatile organic compounds (VOCs) with high toxicity and carcinogenicity are emitted from kinds of industries, which endanger human health and the environment. Adsorption is a promising method for the treatment of VOCs due to its low cost and high efficiency. In recent years, activated carbons, zeolites, and mesoporous materials are widely used to remove VOCs because of their high specific surface area and abundant porosity. However, the hydrophilic nature and low desorption rate of those materials limit their commercial application. Furthermore, the adsorption capacities of VOCs still need to be improved. Porous organic polymers (POPs) with extremely high porosity, structural diversity, and hydrophobic have been considered as one of the most promising candidates for VOCs adsorption. This review generalized the superiority of POPs for VOCs adsorption compared to other porous materials and summarized the studies of VOCs adsorption on different types of POPs. Moreover, the mechanism of competitive adsorption between water and VOCs on the POPs was discussed. Finally, a concise outlook for utilizing POPs for VOCs adsorption was discussed, noting areas in which further work is needed to develop the next-generation POPs for practical applications.     

Development of metal organic fromwork-199 immobilized zeolite foam for adsorption of common indoor VOCs

Reticulated foam shaped adsorbents are more efficient for the removal of volatile organic compounds(VOCs),particularly from low VOC-concentration indoor air streams. In this study composite structure of zeolite and metal organic frameworks(MOFs),referred as ZMF,has been fabricated by immobilization of fine MOF-199 powder on foam shaped Zeolite Socony Mobil-5(ZSM-5)Zeolitic structure,referred as ZF. The ZMF possess a uniform and well-dispersed coating of MOF-199 on the porous framework of ZF. It shows higher surface area,pore volume,and VOCs adsorption capacity,as compared to ZF-structure.Post-fabrication changes in selective adsorption properties of ZMF were studied with three common indoor VOCs(benzene,n-hexane,and cyclohexane),using gravimetric adsorption technique. The adsorption capacity of ZMF with different VOCs follow the order of benzene n-hexane cyclohexane. In comparison with MOF-199 and ZF,the composite structure ZMF shows improvement in selectivity for benzene from other two VOCs. Further,improvement in efficiency and stability of prepared ZMF was found to be associated with its high MOF loading capacity and unique morphological and structural properties. The developed composite structure with improved VOCs removal and recyclability could be a promising material for small to limited scale air pollution treatment units.     

Development of metal organic framework-199 immobilized zeolite foam for adsorption of common indoor VOCs

Reticulated foam shaped adsorbents are more efficient for the removal of volatile organic compounds (VOCs), particularly from low VOC-concentration indoor air streams. In this study composite structure of zeolite and metal organic frameworks (MOFs), referred as ZMF, has been fabricated by immobilization of fine MOF-199 powder on foam shaped Zeolite Socony Mobil-5 (ZSM-5) Zeolitic structure, referred as ZF. The ZMF possess a uniform and well-dispersed coating of MOF-199 on the porous framework of ZF. It shows higher surface area, pore volume, and VOCs adsorption capacity, as compared to ZF-structure. Post-fabrication changes in selective adsorption properties of ZMF were studied with three common indoor VOCs (benzene, n-hexane, and cyclohexane), using gravimetric adsorption technique. The adsorption capacity of ZMF with different VOCs follow the order of benzene > n-hexane > cyclohexane. In comparison with MOF-199 and ZF, the composite structure ZMF shows improvement in selectivity for benzene from other two VOCs. Further, improvement in efficiency and stability of prepared ZMF was found to be associated with its high MOF loading capacity and unique morphological and structural properties. The developed composite structure with improved VOCs removal and recyclability could be a promising material for small to limited scale air pollution treatment units.     

硅胶表面TEOS疏水化改性及吸附VOCs特性

以正硅酸乙酯（TEOS）为疏水改性剂,通过硅胶表面的羟基接枝反应,得到具备一定疏水性的改性硅胶;利用BET、FT-IR、XRD和TG-DTG等手段对改性硅胶的结构及稳定性进行了表征;在此基础上考察了改性硅胶对各类有机废气的吸附性能.结果表明,TEOS成功接枝在了硅胶表面,改性硅胶不仅具备一定的疏水性,而且机械强度增加到原来的66.85%,稳定性也都得到了提高; 550℃空气下焙烧后的改性硅胶仍具有疏水性且吸附容量是焙烧之前的2倍;在高湿度高浓度的废气治理中,TEOS改性硅胶表现出更高的吸附能力和优良的热再生性能.高浓度下改性硅胶的吸附容量是低浓度下的10倍且不受水汽的影响;改性硅胶循环10次的吸附/脱附几乎不变,且在一定条件下,15~30min就达到90%的脱附率.     

VOCs气体在活性炭上的二元吸附过程研究

采用穿透曲线法研究了4种VOCs在活性炭上的的二元吸附过程。研究表明:对于甲苯-苯、甲苯-丙酮、甲苯-乙酸乙酯、苯-丙酮、丙酮-乙酸乙酯二元吸附体系,吸附过程存在置换作用,即随着高沸点组分在床层内吸附量的逐渐增加,相对挥发性大的低沸点组分重新汽化而脱附,出现高沸点组分置换低沸点组分的现象,表现为被置换组分的穿透曲线上出现峰值。之后随着高沸点组分吸附趋于饱和,置换作用停止,低沸点组分吸附也趋于平衡。但对于沸点相近的苯-乙酸乙酯二元体系,吸附过程没有明显的置换现象。吸附量的计算结果表明,有机物在二元体系中的吸附量较同等条件时的单组分吸附量均有不同程度的降低,其中被置换组分降低程度较大,但总吸附量可近似按照浓度为二元组分总浓度低沸点组分的平衡吸附量的近似法计算,平均误差为7.9%。     

活性炭对有机废气的吸附-缓冲实验及其模拟

负荷调节对有机废气治理工程具有重要作用.为研究对有机废气质量浓度的均衡缓冲作用,利用活性炭可逆吸附-脱附能力,采用固定床吸附实验,测定了不同进气质量浓度下甲苯废气经活性炭柱吸附后出气质量浓度随时间变化的曲线,并用色谱理论的流出曲线方程解释吸附缓冲现象、关联实验结果,对活性炭柱的缓冲效果进行预测.结果表明:活性炭对有机废气质量浓度的动态变化有着较好的缓冲调节作用,随着进气质量浓度的降低,缓冲效果越明显.最后,对负荷缓冲的机理及其影响因素进行分析,并对其应用前景进行了探讨.