揮發性有 機化合物(volatile organic compounds,VOCs)是一類有 機化合物的統稱,是指飽和蒸氣壓大于70 Pa(常溫下)、沸點為50~260 ℃(常壓下)的有 機化合物,主要包括酮類、烴類、芳烴類、醛類、醇類、脂類、胺類等物質。許多VOCs類物質對人體及各個感官有刺激作用,且具有一 定的毒性。因此,VOCs的治理迫在眉睫。
VOCs的人為排放主要來自使用有 機溶劑的工業活動、燃料燃燒和交通運輸工程。據統計,我國VOCs的排放量非常大,已經遠遠高于粉塵和二氧化硫等污染物的排放量。目前,處理VOCs的方法主要有2類:一是以工藝和設備改 善為主的預防措施;二是以末端治理為主的控制措施。國 內 外VOCs處理技術主要是末端處理技術,包括吸附技術、化學吸收技術、催化燃燒技術、光催化技術和生物降解技術等。其中,吸附處理技術具有 效 率高、能耗低、吸附劑再 生效果好、實用且易于推廣的特點,因而在VOCs處理和回收工藝中得 到較為廣泛的應用。常用的活性炭吸附劑因具有再 生困難、疏水性差、易燃燒等缺點,在工業應用中仍存在一 定的局限性。
與活性炭相比,分子篩具有不易燃燒、吸附選擇性強等優點,并且其物理性質穩定、容易脫附,這些特點使其成為潛在的吸附劑。
NaY分子篩比表面積大,微孔結構發達,對不同VOCs均具有良好的吸附性能,是優良的吸附材料。NaY分子篩對VOCs分子的吸附性能主要取決于內部孔道結構,不同沸石固定床分子篩內部孔道結構不同,其吸附特性存在顯著差異。ZHANG等[12]研究了不同多孔材料NaY、s b a-15、MCM41和SiO2對甲苯的吸附性能,發現微孔含量很多的NaY沸石對甲苯吸附容量大。在甲苯濃度較低時,NaY分子篩平衡吸附容量與活性炭接近,而ZSM-5、MCM-41等分子篩的平衡吸附容量均小于NaY分子篩。采用硅烷化改性的方法對NaY分子篩進行改性,在高濕條件下,對甲苯和乙酸乙酯吸附性能進行了測定,發現改性后NaY抗濕性能明顯提高??疾炝薔aY分子篩對含水蒸氣VOCs的吸附性能,并通過改性制備出疏水性能優良的Y型分子篩。研究了Pt對NaY沸石吸附乙醇的影響,發現Pt團簇可與乙醇分子形成化學鍵,增強了對乙醇的選擇性吸附??疾炝烁煽諝馇闆r下不同硅鋁比Y沸石對己烷的吸附特性,證明低硅鋁比NaY、HY對己烷吸附容量高。這些研究探討了分子篩疏水性能、硅鋁比、化學鍵等因素對吸附劑吸附性能的影響,但吸附質種類單一,缺乏對多種典型VOCs吸附性能的系統研究。而實際工業廢氣種類繁多且含有水分,因此,本研究以NaY型分子篩作為吸附劑,從溫度、濕度、進氣濃度、循環使用性及吸附質物理性質等方面,較全 面地探究了工業過程中排放的3種典型單組分VOCs丙酮、鄰二甲苯、乙酸乙酯與含濕VOCs在NaY分子篩上的吸附性能,通過動力學方程進行擬合,得 到吸附性能參數,繪制理論穿透曲線,為研究工業應用中分子篩的吸附行為提供參考。