通过对活性炭和沸石分子筛的表征和动态吸附/脱附实验,探索2类吸附材料固定床工艺用于非连续、非稳定类型的大风量、低浓度挥发性有机物(VOCs)排放控制的应用前景。结果表明:沸石分子筛孔径分布较为集中,约在0.8nm,比表面积为393.76m~2˙g~(-1);活性炭孔径分布具有广谱性,微孔集中在1~2nm之间,比表面积为1026.71m~2˙g~(-1)。活性炭对二甲苯的平衡吸附量总体高于沸石分子筛,其平衡吸附容量随气相平衡浓度和温度的波动要大于沸石分子筛。动态吸附穿透实验结果显示沸石分子筛单位传质区长度的平均传质速率是活性炭的约1.42~1.66倍。相同吸附和脱附温度条件下,活性炭的工作容量要大于沸石分子筛。沸石分子筛在210℃时基本脱附彻底,且可得到48倍以上的浓缩脱附气体。50次的吸附、脱附重复实验对沸石分子筛的性能影响不大。沸石分子筛作为吸附材料脱附单位质量的二甲苯所需能耗是活性炭的2.9~4.2倍。活性炭和沸石分子筛可采用不同的工艺方式应用于低浓度、大风量、非稳定排放的VOCs气体的净化。

    近年来,挥发性有机化合物(VOCs)的经济有效控制已成为环保工作的热点[1-3]。大气中VOCs的来源很多,其中工业源包括石油化工、包装印刷、纺织印染、轻工、涂装和精细化工等行业,其生产工艺过程都会排放出大量的VOCs气体[4-6]。目前很多工艺产生VOCs废气的特点为大风量、低浓度,且很多为间歇性排放,无处理直接排放已无法满足日趋严格的排放标准要求。活性炭吸附、热空气脱附加催化燃烧工艺在早期排放要求不高、处理对象以沸点较低的有机物为主的情景下,在处理净化大风量、低浓度有机气体的场合得到不少应用[7],但在处理一些沸点较高的有机污染物或为了提高净化效率而将热脱附空气温度提高至120℃以上时,存在较大的安全隐患。近年来,沸石转轮因安全性好而在低浓度、大风量排气场合取得了较多的应用[8-11],但从技术经济的角度,沸石转轮更适合于连续排放、浓度相对稳定的有机气体排放的控制。

    相对于转轮类工艺,固定床吸附对于间隙排放,且污染物浓度波动较大的排气,其稳定达标性更好。本研究以二甲苯为实验对象,通过颗粒活性炭和颗粒沸石分子筛对低浓度有机气体的吸附/脱附性能实验,结合吸附剂的表征结果,讨论比较2类吸附剂的特点,探索2类吸附剂组成的固定床应用于非连续,非稳定类型的大风量、低浓度有机物污染气体的净化前景。