[發明專利]一種整體式分子篩吸附劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201711138491.6
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107890850A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 王健禮;陳耀強;林濤;侯忠燕
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01J20/16
• 分類號: B01J20/16;B01J20/30;B01J20/32;B01D53/02
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司51202
• 代理人: 黃幼陵

技術領域

本發明屬于分子篩吸附技術領域，涉及一種整體式分子篩吸附劑與制備方法及在吸附揮發性有機污染物中的應用。

背景技術

揮發性有機污染物(VOCs)主要包含脂肪烴、芳香烴、醇、醚、醛、酮、脂等，這類污染物來源于石油化工、噴涂、藥物合成、染料、橡膠工業等行業，已經嚴重影響著生態環境和人類健康。苯系污染物主要包括甲苯、苯、二甲苯、三甲苯，是VOCs的一類，主要來源于噴漆、涂裝等行業。當前，對于低濃度較大風量的VOCs排放凈化工藝中，常需要用吸附技術將其富集，再將有機物進行脫附處理，然后采用RTO或RCO技術除去有機廢氣。這個方法是VOCs凈化最有效最節省成本的方法之一。

目前，市場上主要的VOCs吸附劑是活性炭，包括顆粒式和蜂窩狀活性炭。蜂窩狀活性炭對工業排放的VOCs具有廣譜的吸附性能，具有床層阻力低、動力學性能好、成本低和使用方便等優點，因此常被用于固定式床的有機廢氣吸附濃縮裝置中。但是活性炭作為吸附劑的安全性非常差，尤其是在脫附再生過程中，當溫度達到100℃以上時，易因吸附床內熱量蓄積而著火，甚至爆炸。然而，當再生溫度低于120℃時，部分高沸點有機化合物則不能被徹底脫除，從而導致吸附效率逐步下降。此外，活性炭吸附是非選擇性的，尤其具有很強的吸水能力，當廢氣的濕度較高時則會嚴重影響其吸附效率。因此采用活性炭作為吸附劑存在安全性低，吸附效率差，孔道容易堵塞，使用周期短，危廢處理困難等缺點。

分子篩具有八面沸石籠狀結構，具有水熱穩定性好，比表面大，吸附能力強和不具可燃性等優點，目前，分子篩主要應用于沸石轉輪吸附濃縮技術。分子篩裝于沸石轉輪吸附濃縮裝置中，通過沸石轉輪持續旋轉運作經過吸附區和脫附區，不斷重復吸附及脫附兩個步驟，從而達到凈化有機廢氣的目的。沸石轉輪吸附裝置涉及的活動零部件多，對旋轉軸承、密封墊等零件的要求高，生產工藝復雜，生產和運行成本較高，因而不能普遍適用。另外，沸石轉輪吸附濃縮裝置只適于較小風量的廢氣處理，當廢氣風量較大或有機物含量較高時，沸石轉輪的吸附和再生能力會受到影響，從而使整套系統的處理能力降低。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種整體式分子篩吸附劑及其制備方法，并以固定床式吸附工藝應用于吸附VOCs，該整體式分子篩吸附劑不僅解決了使用活性炭吸附存在的安全性低、吸附效率差、堵孔等問題，并且可適應于實際VOCs工業的大風量廢氣凈化。

本發明所述整體式分子篩吸附劑，以蜂窩狀堇青石(堇青石蜂窩陶瓷)為基體，以分子篩層為吸附層，所述分子層覆蓋在蜂窩狀堇青石表面并與蜂窩狀堇青石結合為一體。

上述整體式分子篩吸附劑，分子篩層所含分子篩在蜂窩狀堇青石上的上載量為180～220g/L。

上述整體式分子篩吸附劑，所述蜂窩狀堇青石孔密度為300～400目。

上述整體式分子篩吸附劑，形成吸附層的分子篩為Y型分子篩。

本發明所所述整體式分子篩吸附劑的制備方法，工藝步驟如下：

(1)將蜂窩狀堇青石置于去離子水中浸泡、清洗后干燥備用；

(2)將分子篩粉末、粘結劑、酸度調節劑與蒸餾水球磨混合均勻得到涂覆漿料，所述粘接劑的質量為分子篩粉末質量的25％～35％，所述酸度調節劑的用量應使涂覆漿料的pH值為1～4，所述蒸餾水的用量以涂覆漿料的固含量為40％～60％計量(固含量為涂覆漿料中固體物的質量與涂覆漿料質量的百分比)；

(3)將步驟(2)所得涂覆漿料均勻覆蓋在干燥后的蜂窩狀菫青石表面，涂覆漿料的覆蓋量應使分子篩在蜂窩狀堇青石上的上載量為180～220g/L；

(4)將步驟(3)覆蓋上涂覆漿料的蜂窩狀堇青石干燥后在400～600℃焙燒2～4h，即得整體式分子篩吸附劑。

上述方法中，所述分子篩粉末為Y型分子篩粉末。

上述方法中，所述粘接劑為Al₂O₃、高粘醋酸鋯、硅溶膠中的一種。

上述方法中，所述酸度調節劑為檸檬酸或醋酸。

本發明還提供上述整體式分子篩吸附劑通過固定床的形式在吸附揮發性有機污染物中的應用，實驗結果證明，本發明所述整體式分子篩吸附劑能夠有效吸附醇類、三甲苯、C₆酯類等混合VOCs，效果優于活性炭吸附劑。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1、本發明提供了一種新型的整體式VOCs吸附劑，為分子篩的應用提供了新思路。