改性13X分子筛及其对不饱和聚酯树脂行业有机废气的吸附性能研究

发布时间：2020-05-05 10:14

【摘要】：不饱和聚酯树脂行业作为新材料产业重点发展领域,大量不饱和聚酯树脂的生产加工,将带来苯乙烯、乙二醇、二乙二醇等典型有机污染物超标排放的问题,其中属苯乙烯的用量最大且危害最重,如不能寻找一种经济、高效的有机废气污染的解决办法,将会严重制约我国不饱和聚酯树脂行业乃至新材料产业的发展。吸附法在有机废气的治理方面应用广泛且效果较好,该法的关键是吸附材料的选取。虽然活性炭对VOCs吸附效果较好,但再生过程的着火问题一直未能很好解决,因此,本文选择耐高温、孔径大的13X分子筛作为有机废气的吸附材料进行研究。本文选用浸渍法和焙烧法对13X分子筛进行改性,考察了4种化学试剂(NaOH,NH_3,CH_3COOH,HCl)、浸渍时间、焙烧温度、焙烧时间对改性分子筛吸附苯乙烯的影响,通过单因素实验和正交实验确定最佳改性条件,采用SEM-EDS、FTIR、BET等方法对改性前后13X分子筛进行表征。通过吸附柱填料层吸附实验,测定苯乙烯蒸气的穿透时间和吸附层高度的参数,并通过加热脱附和真空脱附再生吸附饱和的分子筛。实验得到的主要结论如下:(1)单因素实验得到最佳改性条件:盐酸浓度6.0 mol·L~(-1)、浸渍时间24 h、焙烧温度450℃、焙烧时间8 h。在最佳条件下制备的分子筛吸附苯乙烯达到饱和的时间为6 h,动态饱和吸附量为90.4 mg·g~(-1),较未改性分子筛达到吸附稳定的时间缩短了6 h,动态饱和吸附量提高了83.4 mg·g~(-1)。正交实验得到的最佳改性条件是:盐酸浓度8.0 mol·L~(-1)、浸渍时间24 h、焙烧温度450℃、焙烧时间7 h(在最佳正交条件下,改性的分子筛用H8-450℃表示)。在最佳条件下改性的分子筛吸附苯乙烯达到饱和的时间为8 h左右,饱和吸附量为104.2mg·g~(-1)。(2)使用3种分子筛(原样、盐酸改性、H8-450℃)进行其它2种有机物(乙二醇、二乙二醇)动态吸附实验,动态饱和吸附量大小的顺序为:H8-450℃盐酸改性原样,3种分子筛对乙二醇的动态饱和吸附量分别为63.6 mg·g~(-1)、143.6mg·g~(-1)、153 mg·g~(-1);对二乙二醇的动态饱和吸附量分别为13.2 mg·g~(-1)、23.5mg·g~(-1)、49.9 mg·g~(-1)。(3)通过SEM电镜表征和BET比表面积分析,发现盐酸改性后分子筛表面变得粗糙多孔,孔隙率明显增加,在盐酸的基础上进行高温改性,表面形貌变化不明显;通过FTIR对分子筛进行分析,改性后的分子筛骨架与改性前基本一致;通过BET比表面积分析,认为盐酸改性有利于增加各类孔的分布,而高温改性可使微孔扩张成中孔。孔面积与吸附量的相关性分析说明,吸附量与分子筛中孔面积呈现较好的正相关性,说明提高分子筛对苯乙烯的吸附性能,宜以提高分子筛中孔面积为目标导向。(4)加热脱附实验确定的最佳再生条件是105℃下加热4 h,循环3次后对苯乙烯的动态饱和吸附量为42.3 mg·g~(-1)。在室温下(约8.9℃)真空脱附4 h,循环吸附脱附3次,第4次对苯乙烯的动态饱和吸附量为65.7 mg·g~(-1),说明真空脱附效果优于加热再生分子筛的吸附效果。对真空再生的改性13X分子筛进行乙二醇和二乙二醇动态吸附实验,循环吸附脱附3次,第4次对乙二醇的动态饱和吸附量为108.2 mg·g~(-1);对二乙二醇的动态饱和吸附量为42.1 mg·g~(-1),说明真空再生分子筛效果优于加热再生分子筛。
【图文】：

有机废气,技术选择

有机废气处理方法有很多，其中传统处理技术有吸附法、吸收法、生物法、燃烧法，还有一些新兴技术如等离子体技术、催化燃烧技术等，这些技术都有适合处理某类废气的局限性，，技术选择的一般原则见图1-2。图1-2 有机废气技术选择的一般原则[30]1.3.1 生物法生物法处理挥发性有机废气的实质，是依靠附着在载体上的活性微生物，以废气中的有机物作为自身生长繁殖的养料，在分解有机物的同时获得维持自身生存和繁殖的能量，达到净化废气的目的[31]。目前普遍被接受的对生物法净化有机物的理论有Ottengraf[32]提出的三步法吸收-生物膜理论和孙s钍痆33]等提出的四步法吸附-生物膜理论。为了提高活性微生物处理有机废气的效率，目前应用较为广泛的生物净化装置有生物过滤器、生物洗涤器、膜反应器、生物滴滤器[34]。Pau[35]等在生物滴滤池中进行生物法处理苯乙烯蒸气的小试实验，结果表明在进气浓度55-323 mg/m3，空床停留时间15-30 s时，对苯乙烯去除效率达到90%。Padhi[36]等发现了一种简单易操作的旋转生物接触器

流程图,流程图,生物滴滤塔,苯乙烯

杨白忍[38]等使用混合填料构建的生物滴滤塔，研究了接种污泥作为活性微生对含苯乙烯废气的处理实验，考察了苯乙烯进气浓度、停留时间、pH值、气液比生物法处理苯乙烯（C8H8）废气的影响，并测试了停运7天后生物滴滤塔重新恢运行的时间和处理效率。在运行过程中需要补充一定浓度的N、P营养液来维持活微生物生存，并需要添加一定量的苯乙烯乳化液增加苯乙烯气液传质效率。任爱玲[39]等考察了在生物滴滤塔中添加热解碳对净化苯乙烯废气的影响，并现循环吸收液的紫外吸光度（UV245）与苯乙烯去除效率呈现正相关性，推测可以循环吸收液紫外吸光度（UV245）作为监测系统运行状况的参考指标。生物法是一种安全、高效、无二次污染的处理VOCs的技术，适用于处理低连续、小风量、低浓度的有机废气，通常需要添加营养液维持系统内活性生物营平衡，对环境温度和营养液pH值变化较敏感，在我国南方应用较多。处理效率与生物种类、填料种类、温度、pH值、风量、有机物浓度、气液比等因素有关，综考虑微生物处理效率、压降损失等因素，在处理有机废气方面，生物滴滤塔净化置性能更优，应用也更加广泛。生物滴滤塔（BTF）净化装置处理有机废气示意见图1-3。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X783.2

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