Y型分子筛表面结构调控及其吸附典型挥发性有机物构效关系研究
发布时间：2021-03-31 22:24
Y型分子筛具有适中的微孔孔径、较大的比表面积、良好的水热稳定性等特点,其VOCs（挥发性有机物）吸附特性和吸附容量与工业常用的活性炭吸附剂最为相似。针对高湿度条件下Y分子筛吸附VOCs性能不佳等问题,本文以常规Y分子筛为研究对象,分别采用复合脱铝改性和气相覆硅改性方法对其表面结构进行调控,并结合X射线衍射（XRD）、N2吸附-脱附、傅里叶红外（FT-IR）、固体核磁（NMR）等现代分析表征手段和典型VOCs静态/动态吸附性能评价实验,从以下四个方面展开了Y分子筛表面微观结构与其疏水性能及吸附典型VOCs构效关系的研究:（1）采用复合脱铝改性法,以常规NaY分子筛为原料,制备高硅疏水Y分子筛。研究结果表明,采用配比为（草酸:氯化铵:水=1:10:50,重量比）草酸-氯化铵的缓冲溶液处理Y分子筛两次,硅铝比能够达到酸浸要求,且结晶度维持在80%以上。进一步采用0.5 mol/L硝酸进行酸浸处理,Y分子筛硅铝比提高到42.7且结晶度为74.5%,比表面积为785 m2.g-1,疏水系数Hn为3.19,其甲苯静态饱和吸附量为32.6%,水接触角增大到 135°;在 GHSV 为 15000ml...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?ＶＯＣｓ来源；（ｂ）化工行业排放ＶＯＣｓ主要环节??．－
?北京化工大学硕士研究生学位论文???图１－２?ＶＯＣｓ吸附装置示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＶＯＣｓ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ??１．３?ＶＯＣｓ吸附剂??吸收剂性能在吸附和分离混合气体中起着至关重要的作用，吸附法回收ＶＯＣｓ的??关键在于筛选开发高吸附容量和能够稳定再生的吸附剂。工业吸附剂应具备大比表面??积、ＶＯＣｓ吸附广谱性、疏水性好、机械强度高和再生性好等特点。目前工业上常用??的吸附剂有活性炭［２８］、疏水硅胶［２９］、微孔介孔系列分子筛［３（）］、高聚物树脂［３１］及混合??吸附剂等，根据不同ＶＯＣｓ种类和浓度在吸附处理过程中选择合适的吸附剂。??１．３．１活性炭??由于来源广泛且价格相对低廉，大比表面积，有机分子广谱吸附性和丰富的微孔??结构等，活性炭是目前在工业废气、废水吸附分离处理中常见的吸附剂材料。有机分??子的物化性质，活性炭表面官能团、孔道结构及形态（粉末、颗粒和纤维等）以及吸??附操作环境，主要在这三个方面影响活性炭对有机分子的吸附能力。通过活化作用产??生活性炭的丰富的孔隙结构，其中大孔仅作为吸附传输路径，支配有机分子吸附速度，??对活性炭吸附能力作用不如微孔影响明显。活性炭微孔中物理吸附行为已经被微孔填??充理论有效证明和解释，吸附ＶＯＣｓ和废水中有机分子主要通过范德华力作用来实现??的［３２］。随着活性炭应用范围越来越广泛，对活性炭吸附能力和特性提出更高的要求，??专用型活性炭吸附剂的需求量越来越大。但活性炭再生困难，炭损耗率高，高温易燃??性和不稳定性等缺点限制其在吸附领域的应用，活性炭替代吸附剂的需求也越来越迫??切。??
综述???结合进行７１络合吸附等化学吸附行为，基本为单分子层吸附，吸附热和反应热数值相??当，不易于解析。??在ＶＯＣｓ浓度较低时，通过对几种典型分子筛吸附剂的吸附热力学研宄，发现Ｙ??分子筛吸附各种ＶＯＣｓ分子的热焓值基本大于其他分子筛，表明其分子筛孔道和表面??对有机分子吸附作用力最强。Ｙ分子筛对不同ＶＯＣｓ气体没有明显的选择吸附，平衡??吸附容量大于其他分子筛如ＺＳＭ－５、丝光沸石、Ｂｅｔａ分子筛和以Ｍ４１Ｓ为代表的系列??介孔分子筛，其吸附特性与能力和活性炭最为相似。图１－３?（ａ）和（ｂ）展示了?Ｙ分??子筛基本结构和晶体成长过程，Ｙ?（ＦＡＵ）沸石的多孔结构结构（多孔体积占总体积??的５０％），孔呈笼状，孔径较大（７．４?Ａ），因此吸附分子易于通过孔道进入分子筛内??部空间［４２］。然而在吸附净化工业ＶＯＣｓ气体时，混合废气相对湿度范围通常在??６０？８０％，对分子筛疏水性和ＶＯＣｓ选择吸附性提出更高要求。为平衡分子筛骨架呈??负电性而存在的阳离子和表面硅羟基，形成高的电场梯度和表面分布不均，使Ｙ分子??筛对极性较大水分子呈现出较强的吸附作用力，与目标ＶＯＣｓ分子产生强烈的竞争吸??附。客体分子在分子筛孔隙之间的迁移取决于表面的亲水－疏水性，分子筛硅铝比越高??疏水性越好己经被证明［４３］。现阶段，利用水热合成、微波合成等传统方法制备ＮａＹ??分子筛的硅铝比达不到疏水要求，需要对Ｙ分子筛进行脱铝补硅改性或者表面改性提??高疏水性。??Ｓｕｐｃｒｃｎｇｃ?ｏｆ?Ｔ?Ａｔ５??？体外ｉ＃生长￥？?＞ｉＹ擊＆体??图１－３?（ａ）?Ｙ分子筛基本结构；（ｂ）Ｙ分子筛晶化成核过程??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ
本文编号：3112175
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?ＶＯＣｓ来源；（ｂ）化工行业排放ＶＯＣｓ主要环节??．－
?北京化工大学硕士研究生学位论文???图１－２?ＶＯＣｓ吸附装置示意图??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ＶＯＣｓ?ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ?ｄｅｖｉｃｅ??１．３?ＶＯＣｓ吸附剂??吸收剂性能在吸附和分离混合气体中起着至关重要的作用，吸附法回收ＶＯＣｓ的??关键在于筛选开发高吸附容量和能够稳定再生的吸附剂。工业吸附剂应具备大比表面??积、ＶＯＣｓ吸附广谱性、疏水性好、机械强度高和再生性好等特点。目前工业上常用??的吸附剂有活性炭［２８］、疏水硅胶［２９］、微孔介孔系列分子筛［３（）］、高聚物树脂［３１］及混合??吸附剂等，根据不同ＶＯＣｓ种类和浓度在吸附处理过程中选择合适的吸附剂。??１．３．１活性炭??由于来源广泛且价格相对低廉，大比表面积，有机分子广谱吸附性和丰富的微孔??结构等，活性炭是目前在工业废气、废水吸附分离处理中常见的吸附剂材料。有机分??子的物化性质，活性炭表面官能团、孔道结构及形态（粉末、颗粒和纤维等）以及吸??附操作环境，主要在这三个方面影响活性炭对有机分子的吸附能力。通过活化作用产??生活性炭的丰富的孔隙结构，其中大孔仅作为吸附传输路径，支配有机分子吸附速度，??对活性炭吸附能力作用不如微孔影响明显。活性炭微孔中物理吸附行为已经被微孔填??充理论有效证明和解释，吸附ＶＯＣｓ和废水中有机分子主要通过范德华力作用来实现??的［３２］。随着活性炭应用范围越来越广泛，对活性炭吸附能力和特性提出更高的要求，??专用型活性炭吸附剂的需求量越来越大。但活性炭再生困难，炭损耗率高，高温易燃??性和不稳定性等缺点限制其在吸附领域的应用，活性炭替代吸附剂的需求也越来越迫??切。??
综述???结合进行７１络合吸附等化学吸附行为，基本为单分子层吸附，吸附热和反应热数值相??当，不易于解析。??在ＶＯＣｓ浓度较低时，通过对几种典型分子筛吸附剂的吸附热力学研宄，发现Ｙ??分子筛吸附各种ＶＯＣｓ分子的热焓值基本大于其他分子筛，表明其分子筛孔道和表面??对有机分子吸附作用力最强。Ｙ分子筛对不同ＶＯＣｓ气体没有明显的选择吸附，平衡??吸附容量大于其他分子筛如ＺＳＭ－５、丝光沸石、Ｂｅｔａ分子筛和以Ｍ４１Ｓ为代表的系列??介孔分子筛，其吸附特性与能力和活性炭最为相似。图１－３?（ａ）和（ｂ）展示了?Ｙ分??子筛基本结构和晶体成长过程，Ｙ?（ＦＡＵ）沸石的多孔结构结构（多孔体积占总体积??的５０％），孔呈笼状，孔径较大（７．４?Ａ），因此吸附分子易于通过孔道进入分子筛内??部空间［４２］。然而在吸附净化工业ＶＯＣｓ气体时，混合废气相对湿度范围通常在??６０？８０％，对分子筛疏水性和ＶＯＣｓ选择吸附性提出更高要求。为平衡分子筛骨架呈??负电性而存在的阳离子和表面硅羟基，形成高的电场梯度和表面分布不均，使Ｙ分子??筛对极性较大水分子呈现出较强的吸附作用力，与目标ＶＯＣｓ分子产生强烈的竞争吸??附。客体分子在分子筛孔隙之间的迁移取决于表面的亲水－疏水性，分子筛硅铝比越高??疏水性越好己经被证明［４３］。现阶段，利用水热合成、微波合成等传统方法制备ＮａＹ??分子筛的硅铝比达不到疏水要求，需要对Ｙ分子筛进行脱铝补硅改性或者表面改性提??高疏水性。??Ｓｕｐｃｒｃｎｇｃ?ｏｆ?Ｔ?Ａｔ５??？体外ｉ＃生长￥？?＞ｉＹ擊＆体??图１－３?（ａ）?Ｙ分子筛基本结构；（ｂ）Ｙ分子筛晶化成核过程??Ｆｉｇ．?１－３?（ａ
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