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在大气污染控制中使用全硅ZSM-5分子筛

更新时间:2024-05-22 点击数:512

在大气污染控制中使用全硅ZSM-5分子筛。

      去除NOx。

      氮氧化物(NOX)是目前空气污染物的主要组成部分,它可以通过呼吸道进入人体,对健康造成严重危害,也是酸雨形成的主要原因。近年来,全硅ZSM-5分子筛作为吸附剂吸附NOX的研究越来越受到人们的广泛关注。

      通过对吸附剂进行热再生,探索了不同金属离子改性ZSM-5分子筛吸附低浓度NO的性能,发现钴离子改性ZSM-5具有更佳的吸附效果。

     虽然全硅ZSM-5分子筛可以吸附NO2.但是在吸附过程中很容易发生催化还原产生NO,所以如何有效地控制NO的释放成为制备吸附剂的难点。

     对全硅ZSM-5分子筛进行改性,如W.B.Feaver等,发现改性后的ZSM-5分子筛对NO的释放有延迟作用。

      机胺改性之前,载着铜离子的全硅ZSM-5分子筛进行了改性。发现改性后,动态吸附NO2的穿透时间大大提高,从原来的3min提高到90min,对NO的释放明显缓解。同时,ZSM-5分子筛也可以作为吸附-催化NOX的催化剂。

     通过原位水热合成法,在堇青石表面合成了全硅ZSM-5分子筛,并通过离子交换和浸渍方法制备了Cu-ZSM-5/堇青石催化剂。其原理是,在分子筛上吸附的NO首先在引入的CU2+或酸性位置上氧化产生NO2.然后与HC反应产生无害的N2、CO2和H2O。通过研究发现,负载CU2+ZSM-5分子筛对NOX的催化去除率达到90%以上;此外,以堇青石为载体,不仅提高了材料的机械强度,而且提高了其耐高温性能,有利于ZSM-5分子筛在汽车尾气和工业废气处理中的应用。

     去除VOCs。

      挥发性有机污染物(挥发性有机物)包括碳氢化合物、醇类、醛类、酸类、酮类和胺类。这些有机污染物可以通过呼吸道直接进入人体,对人体 器官造成暂时或永久的损害。虽然全硅ZSM-5分子筛已广泛应用于石油和化工行业,但在挥发性有机物吸附领域几乎没有研究。作为一种新型的吸附材料,ZSM-5分子筛的孔径与大多数挥发性有机物具有相同的动力学直径,因此它可以有效地吸收废气中的挥发性有机物,净化空气。

      与活性炭相比,夏至制备了无粘结剂全硅ZSM-5分子筛。结果表明,在水蒸气的情况下,活性炭对甲苯的渗透时间从原来的220min减少到148min,而无粘结剂ZSM-5没有明显变化;ZSM-5分子筛对甲苯的脱附性能远好于活性炭,克服了活性炭难以脱附再生、高温易爆炸等缺点。因此,ZSM-5分子筛对于VOCs的吸附也有很好的前景,但其自身的一些性质限制了ZSM-5分子筛的应用,如表面活性、孔径和疏水性。

      研究甲苯分子的吸附行为在全硅ZSM-5分子筛采用重量方法,发现甲苯可以形成氢键的B酸位分子筛孔道,并率先吸附,表明表面的酸位越多,吸附甲苯分子越强。

     由于直径较小的H+分子筛的直径较2.9nm增加到3.2nm分子筛网直径,因此,直径较大的H+分子筛网直径从2.9nm增加到3.2m分子筛网直径,因此,直径较小的H+分子筛网直径从2.9nm分子筛网直径增加到3.2m分子筛网直径;而且表面Na+转化为H+后,分子筛网酸性增强,更有利于VOCs的吸附。

      同时,研究表明,全硅ZSM-5分子筛的硅铝比越大,疏水性越好。当硅铝比大于100时,显示出良好的疏水性能;然后研究了四种不同类型的ZSM-5吸附-脱附VOCs,发现ZSM-5分子筛吸附小分子VOCs的能力更强。与同类VOCs相比,相对分子质量越大,分子筛对吸附质量孔壁的叠加越强,吸附量越大,脱附所需温度越高,但四种VOCs完全脱附在300℃左右,有利于工业化处理。

      目前,活性炭仍然是工业中的主要吸附剂。针对活性炭在高湿条件下吸附性能差、高温易燃甚至爆炸的缺点,通过提高全硅ZSM-5分子筛的硅铝比,可以提高活性炭的疏水性能,使其在高温高湿条件下吸收有机废气,适用于工业难以处理的高湿条件,以取代活性炭,具有很大的工业应用潜力。

       全硅ZSM-5分子筛独特的晶体结构在催化领域表现出了良好的性能。同时,它是一种可再生且无二次污染的新型吸附材料,更符合当今绿色经济的发展趋势,因为它的比表面积大,耐高温、耐酸、耐腐蚀、高硅铝比,吸附性能好,能吸附大气中的水和大部分有毒有害物质。

      然而,由于孔径、硅铝比和负荷的吸附能力受到影响,一次合成全硅ZSM-5分子筛孔容量和孔径小,大分子物质难以吸附,因此需要采用适当的改性方法对不同的处理对象进行改性,以调整孔径结构、半径和负荷活性成分,提高其吸附能力。

     此外,由于污染控制本身并不是一个高产量的项目,尽管研究人员试图寻找一个低成本的合成方法,ZSM-5分子筛选吸附剂的成本仍然相对较高的污染控制,从而限制其工业发展。因此,ZSM-5分子筛选吸附剂的重要研究方向是探索低成本的合成方法,并在污染控制中回收有价值的吸附剂。


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