活性炭和沸石分子筛处理非稳定排放VOCs气体的性能比较（二）

2结果与讨论

  2.1吸附剂表征

  沸石分子筛和活性炭的孔径分布如图3所示。可以看出,分子筛主要孔径分布在2.0nm以下,集中表现在0.8nm左右,为典型微孔均一型吸附剂;活性炭则体现了广谱性,微孔较为发达的同时,亦含有一定中孔,孔径集中在1~2nm左右。表1为沸石分子筛和活性炭的孔结构参数表。活性炭的比表面积、孔容均大于沸石分子筛,但沸石分子筛微孔比表面积占总比表面积高达85%。

  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。