疏水改性ZSM-5的优化制备及其在高湿度下的VOCs吸附性能研究

针对分子筛在高湿度条件下VOCs吸附容量急剧下降的问题,通过优化液相沉积法合成了疏水改性的ZSM-5分子筛.实验选用更加经济环保的乙醇替代甲苯作为改性溶剂,并对两种溶剂的改性效果进行比较,优选出最佳改性条件制备疏水改性ZSM-5,考察了该吸附剂对模拟高湿度有机废气的吸附性能,并采用了SEM、XRD、FTIR、氮气吸脱附、水接触角等方法进行表征.结果表明,作为分散剂,相较于甲苯,无水乙醇更能显著提高分子筛疏水性.在最佳改性条件下,无水乙醇改性的ZSM-5-E₀在90%相对湿度下对甲苯的饱和吸附量可达81.9 mg·g^-1,远高于原样,是甲苯改性的ZSM-5-T₀的3倍,循环吸脱附4次后的吸附容量仍在90%以上,对甲苯的吸附符合Langmuir等温吸附模型.实验证明,无水乙醇改性的ZSM-5-E₀有优异的VOCs吸脱附性能,具有应用前景.     

疏水硅胶与活性炭在油气回收中的应用研究

利用加油站的模拟油气回收装置研究了自制疏水硅胶、活性炭以及两者混合物的吸脱附性能,结果表明:在不同浓度的油气以及进气速度下,疏水硅胶的吸附速度较慢,吸附量较小,但油气更容易脱附,二者混合后效果更好,疏水硅胶有望在吸附法油气回收领域能得到广泛应用。     

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。     

ZSM-5分子筛疏水改性及催化H_2O_2氧化苯酚的性能研究

以甲苯为溶剂、三甲基氯硅烷(TMCS)为表面改性剂,采用液相接枝的方法对ZSM-5分子筛进行疏水化改性,通过XRD、FTIR、N2吸附-脱附、TG、水静态吸附试验等手段对改性前后的ZSM-5分子筛进行了表征,并将其应用于苯酚的吸附及催化氧化研究。结果表明:改性后ZSM-5分子筛仍保持原有的孔道结构,-Si(CH3)3基团接枝到孔道表面,使比表面积和孔容、孔径均有下降;改性后ZSM-5分子筛水静态吸附率由3.82%降至1.12%,疏水性得到明显提高;改性后ZSM-5分子筛对苯酚的吸附机理符合Langmuir模型,吸附动力学符合准二级动力学模型,且对水中苯酚的饱和吸附量由30.7mg/g增加到36.9mg/g;疏水改性后的分子筛负载MnO2催化H2O2氧化降解苯酚的效率可达86.2%,且其吸附过程与催化氧化过程具有协同效应。     

挥发性有机物在活性炭纤维上的吸附和电致热脱附

采用3种不同的活性炭纤维,考察了VOCs种类、VOCs浓度以及床层温度对活性炭纤维吸附VOCs性能的影响,并采用电致热脱附技术进行再生研究.结果表明,甲苯浓度对吸附推动力影响较大,在高浓度下,可使吸附容量达到434.8mg/g.活性炭纤维吸附甲苯受温度影响较小,在60℃下仍然具有288.6mg/g的吸附容量.电致热脱附电压越大,活性炭纤维升温速率越快,脱附效率越高,经过100min即可完全脱附.经过4次吸脱附循环,活性炭纤维仍有较好的吸附效果,饱和吸附量能达到原有吸附量的80%以上.     

壳聚糖-g-聚丙烯酸/海泡石复合物对Pb2+的去除性能研究

制备了一种壳聚糖接枝聚丙烯酸/海泡石复合吸附剂,考察了吸附剂对Pb2+吸附的pH依赖性、吸附等温线、吸附动力学以及吸附剂的重复使用性能.结果表明,聚丙烯酸成功接枝到壳聚糖骨架上,形成有机-无机复合吸附剂.吸附剂表面呈现粗糙多孔、凹凸不平的形貌,有利于吸附体系更快达到吸附平衡.在pH=6.00、吸附时间30 min、Pb2+溶液初始浓度0.02 mol.L-1和吸附剂用量0.10 g的条件下,复合吸附剂对Pb2+的平衡吸附量达到638.9 mg.g-1,约为海泡石的3倍.重复吸附-脱附5次,复合吸附剂对Pb2+的吸附量下降到489.2 mg.g-1,仍可达初始吸附量的76.6%,而海泡石使用3次之后即对Pb2+丧失吸附性能.与海泡石相比,复合吸附剂具有更高的吸附容量、更快的吸附速率和更好的重复使用性能.     

活性炭热氮气循环脱附甲苯性能实验研究

以GAC-1和GAC-2两种商业活性炭颗粒为吸附剂,甲苯为吸附质,考察活性炭孔道结构、脱附温度对热氮气脱附效率的影响,分析了活性炭再生性能。结果表明:两种活性炭对甲苯均表现出良好的吸附性能,GAC-1具有更大的比表面积、孔容和孔径,更有利于甲苯有机废气的吸附;热氮气循环脱附实验中,相比于90℃和120℃,150℃的脱附温度可以达到更高的脱附率(67.3%);经过5次循环吸附-脱附,GAC-1仍保持原有的吸附容量,脱附率仅下降2.1%。     

石墨烯量子点辅助合成Cu-MOFs及CO2吸附行为

选用一种成本低、可大规模合成的Cu基MOFs（Cu-MOFs）材料作为CO₂吸附剂,在原位合成过程中添加石墨烯量子点以调控其晶体结构.结果表明：适量石墨烯量子点的添加有利于提高Cu-MOFs的比表面积和孔体积,相比未改性MOFs材料,改性后的CO₂吸附性能有所提高,25℃,100kPa时提高了4.5%.随着温度升高,吸附容量提升越明显.改性后的MOFs对于N₂的吸附量则比未改性时更低,因此计算得到的CO₂/N₂吸附选择性也更高,增加了近一倍.综合等量吸附热的考察结果发现,尤其添加适量含N石墨烯量子点的Cu-MOFs吸附剂不仅具备了较高的吸附容量、吸附选择性,还展现了较理想的吸附热,因此兼具了较优CO₂吸附性能和较低脱附能耗的特点,为MOFs吸附剂的改性提供了一点参考价值.     

高分子树脂与介孔分子筛吸附-脱附VOCs性能对比

采用溶剂热法制备介孔聚二乙烯基苯(PDVB)树脂,并以介孔分子筛MCM-41、SBA-15为参照,从吸附-脱附甲苯、邻二甲苯、均三甲苯性能和高湿度下的疏水性能方面对其进行对比研究.结果表明,PDVB具有最大的比表面积1219.1m2/g,其对低浓度甲苯吸附量约为介孔分子筛的2倍,同时吸附性能几乎不受水汽影响.随着VOCs分子尺寸增加,3种吸附剂对VOCs的饱和吸附量均有所增加,但PDVB的穿透吸附量明显高于分子筛.热重分析表明,在200℃以下3种吸附剂上吸附的有机分子均能脱附完全,具有优良的脱附再生性能.     

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.     

挥发性有机物(VOCs)吸附材料的研究进展

目前,我国面临严重的挥发性有机物（VOCs）污染问题。吸附法是研究与应用最为广泛的VOCs治理技术。主要介绍了吸附净化VOCs原理和几种常见的VOCs吸附材料,包括活性炭、新型多孔炭材料、沸石分子筛、黏土基吸附剂、金属有机框架和介孔硅。详述了各吸附材料的VOCs吸附能力和优缺点,判断了其应用价值,并指出了为提升大规模工业化应用潜力,后续研发的VOCs吸附材料应满足高吸附量、高疏水性、高热稳定性和再生能力强4个特征。     

油气回收用疏水性硅胶的研制

为实现油气回收用疏水性硅胶的国产化应用,达到替代活性炭以解决其在使用中可能产生的安全隐患问题,实验室进行疏水性硅胶的合成.通过正交实验确定最优化的疏水硅胶制备工艺为:原料为A型硅胶,改性剂为DCDMS,改性剂与原料质量比为1∶20,反应温度30℃,反应时间为2h.在此工艺条件下得到样品的油气静态吸附量为3005g/kg,疏水性指数I为72.3％.     

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.     

疏水改性分子筛在高湿度环境下对甲苯的吸附性能

工程实践中Y分子筛在高湿度环境下吸附性能大幅降低,通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)预处理后进行mesoSiO₂壳层生长得到Y@mesoSiO₂,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过化学气相沉积法接枝到Y@mesoSiO₂壳层上,可获得疏水特性优异的Y@mesoSiO₂-S核壳分子筛。采用SEM、TEM、XRD、XPS和比表面积及孔径分析仪对改性前后Y分子筛形貌和结构进行分析,通过静态和动态吸附实验评价其对水和甲苯的吸附性能。结果表明：mesoSiO₂壳相在核相Y分子筛外表面成功生长,并将PDMS成功接枝在Y@mesoSiO₂壳层后,Y@mesoSiO₂-S的BET比表面积相比Y分子筛增加了2%;静态水蒸气吸附量从298 mg/g降至79 mg/g,动态水蒸气吸附量从245 mg/g降至76 mg/g,材料表面与水接触角得到显著提升。在RH80%时,Y@mesoSiO₂-S和Y分子筛对甲苯的饱和吸附量分别为167...     

蜂窝状ZSM-5型分子筛对丙酮和丁酮吸附性能研究

测定了蜂窝状ZSM-5型分子筛(honeycomb ZSM-5 molecular sieve)对丙酮以及丙酮和丁酮双组分体系的吸附性能,考察了相对湿度、浓度、气流比速等对其吸附性能的影响,并由Wheeler方程计算了相关的吸附性能参数.结果表明,气流相对湿度对丙酮的吸附性能无明显影响,该材料具有良好的疏水能力;在低浓度范围内,该材料对丙酮的动态饱和吸附容量随浓度的提高而增加,但在高浓度范围内(>9 mg·L-1),其动态饱和吸附容量维持在一定的水平上不再增加;利用其对丙酮和丁酮吸附能力的差异,该材料可以用于丙酮和丁酮的吸附分离.     

PDMS基涂层活性炭对甲苯、苯和丙酮吸附研究

活性炭疏水性改性是提高其对含水VOCs选择性吸附的重要手段,然而这种改性方法对活性炭吸附不同VOCs的效果研究较少.采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)对活性炭进行改性处理,并利用BET、Boehm滴定等方法对活性炭进行表征.采用动态吸附法,利用Yoon-Neslon吸附理论模型研究了不同相对湿度条件下,PDMS改性活性炭对VOCs(甲苯、苯、丙酮)吸附穿透曲线、饱和吸附量的影响及关键影响因素.结果表明:PDMS改性活性炭BET比表面积、微孔容积和表面酸碱官能团含量均有减少;经PDMS改性后,活性炭表面疏水性增大.动态吸附实验结果表明:PDMS改性前后活性炭吸附甲苯、苯、丙酮穿透曲线均符合Y-N模型;随着相对湿度增大,未经改性的活性炭(Bare-AC)对甲苯、苯和丙酮吸附速率降低、平衡吸附量减少,PDMS改性活性炭对甲苯、苯分子吸附速率和选择吸附能力提高,其中PDMS改性的活性炭(PDMS/AC-250)对甲苯、苯吸附量为相同条件下Bare-AC的1.86(甲苯)、1.92(苯)倍,但对丙酮分子提高不明显;结合表征结果分析,PDMS改性活性炭对VOCs分子吸附主要依靠化学吸附,同时与VOCs分子极性有关.     

疏水型H-ZSM-5分子筛上NO氧化反应的研究

针对NO低温氧化催化剂的抗水汽性差的问题,以疏水型高硅H-ZSM-5分子筛为NO氧化催化剂,在温度为10~90℃、NO进口浓度为0.05%~0.08%,及相对湿度为0~100%条件下,考察了NO的氧化反应.结果表明,H-ZSM-5分子筛的硅铝比由50提高至300时,湿气条件(水汽含量1.18%)下,NO氧化率由20%升高至56%;干气下,低温有利于NO氧化;湿气下(水汽含量1.18%),NO氧化率随着温度的升高先增加后减少,最佳反应温度为20℃,与NOx工业废气的排放温度相近.200h的稳定性试验结果显示,在30℃、NO进口浓度0.08%、空时0.5s、保持相对湿度为50%或100%时,NO氧化率可维持在60%和50%,催化剂具有良好的稳定性.