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

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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,NH3,CH3COOH,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。
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