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分子篩吸附

概述:是分子篩是一種硅鋁酸鹽

,主要由硅鋁通過氧橋連接組成空曠的骨架結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)中有很多孔徑均勻的孔道和排列整齊
、內(nèi)表面積很大的空穴。此外還含有電價較低而離子半徑較大的金屬離子和化合態(tài)的水
。由于水分子在加熱后連續(xù)地失去,但晶體骨架結(jié)構(gòu)不變
,形成了許多大小相同的空腔,空腔又有許多直徑相同的微孔相連
,比孔道直徑小的物質(zhì)分子吸附在空腔內(nèi)部,而把比孔道大得分子排斥在外
,從而使不同大小形狀的分子分開,直到篩分分子的作用
,因而稱作分子篩。

分子篩主要用于各種氣體

、液體的深度干燥
,氣體
、液體的分離和提純,催化劑載體等

是指具有均勻的微孔

,其孔徑與一般分子大小相當(dāng)?shù)囊活愇镔|(zhì)
。分子篩的應(yīng)用非常廣泛
,可以作高效干燥劑、選擇性吸附劑
、催化劑
、離子交換劑等
,但是使用化學(xué)原料合成分子篩的成本很高。常用分子篩為結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽或硅鋁酸鹽
,是由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子尺寸大小(通常為0.3~2 nm)的孔道和空腔體系
,因吸附分子大小和形狀不同而具有篩分大小不同的流體分子的能力。

作用:可以區(qū)分粒徑不同的分子以及吸附不飽和分子和極性分子

工作原理:

首吸附功能:分子篩對物質(zhì)的吸附來源于物理吸附(范德華力)

,其晶體孔穴內(nèi)部有很強(qiáng)的極性和庫侖場,對極性分子(如水)和不飽和分子表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸附能力
。篩分功能:分子篩的孔徑分布非常均一,只有分子直徑小于孔穴直徑的物質(zhì)才可能進(jìn)入分子篩的晶穴內(nèi)部
。通過吸附的優(yōu)先順序和尺寸大小來區(qū)分不同物質(zhì)的分子
,所以被形象的稱為“分子篩”

 

結(jié)構(gòu):

由此構(gòu)成的蛋白多糖聚合體曲折盤繞

,形成多微孔的篩狀結(jié)構(gòu),稱為分子篩
。分子篩只允許小于其微孔的物質(zhì)通過,對大于其微孔的大分子物質(zhì)
、細(xì)菌等則具有屏障作用
。使基質(zhì)成為限制細(xì)菌等有害物質(zhì)擴(kuò)散的防御屏障

 

沸石分子篩的應(yīng)用類型

沸石分子篩在VOCs治理中

,主要以盤式轉(zhuǎn)輪、筒式轉(zhuǎn)輪和固定床分子篩的形式進(jìn)行應(yīng)用

1)盤式轉(zhuǎn)輪

盤式沸石轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分區(qū)為吸附區(qū)

、再生區(qū)及冷卻區(qū)三個部分
,一般都是按10:1:1的分區(qū)比例。

吸附區(qū):廢氣迎風(fēng)面

,一般風(fēng)速控制在2-4Nm/s,凈化效率一般在90-97%
,凈化氣進(jìn)入煙囪。

冷卻區(qū):一般采用制程氣進(jìn)行冷卻

,一方面降低了冷卻區(qū)沸石的溫度
,使得其具有吸附性
,另外也順利實(shí)現(xiàn)了熱能回收

脫附區(qū):將經(jīng)過熱回收的氣體

,再進(jìn)行加熱溫度到200℃左右
,進(jìn)入脫附區(qū)進(jìn)行冷卻。脫附再生的風(fēng)量一般是進(jìn)氣的10-20倍
。當(dāng)進(jìn)行高溫再生,最高溫度可達(dá)到300℃左右
,需要在設(shè)計時選擇高溫再生型轉(zhuǎn)輪。

2)筒式轉(zhuǎn)輪

筒式沸石轉(zhuǎn)輪除了材料加工上的差異

,從結(jié)構(gòu)上和盤式有很大的區(qū)別,利用模塊化沸石材料填充成筒狀結(jié)構(gòu)
,來實(shí)現(xiàn)VOCs的吸附濃縮。結(jié)構(gòu)分區(qū)上沒有了盤式的冷卻區(qū),當(dāng)濃縮倍率一樣的話,其脫附能耗高于盤式轉(zhuǎn)輪
。筒式轉(zhuǎn)輪的濃縮倍率最高可以做到50倍
,濃縮倍率越高其搭配的燃燒裝置或其他就規(guī)格越小,其模塊化沸石便于安裝和維護(hù)也是設(shè)備的一大特點(diǎn)

3)固定床沸石分子篩

不論筒式轉(zhuǎn)輪或盤式轉(zhuǎn)輪

,其應(yīng)用場景都要求工況具有連續(xù)性
。因此在固定床活性炭發(fā)展的基礎(chǔ)上
,通過改變吸附材料,形成了固定床的蜂窩沸石分子篩吸附床

由于沸石分子篩的特性

,其動態(tài)吸附容量遠(yuǎn)小于活性炭
,且脫附溫度高(250℃左右)
。采用固定床系統(tǒng)對閥門的氣密性
、固定床的保溫、脫附溫升的控制等方面都加大了系統(tǒng)復(fù)雜
。固定床沸石系統(tǒng)的應(yīng)用,還需要積累經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)化難點(diǎn)解決方案

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