常用VOCs吸附材料介紹

時(shí)間：2021-01-11 10:37

來(lái)源：VOCs減排工作站

可用于VOCs氣體捕集的吸附劑主要為多孔材料，如活性炭、活性炭纖維、硅藻土、介孔二氧化硅、金屬有機(jī)骨架（MOFs）以及分子篩等，下面分別介紹下相關(guān)吸附材料特性。

活性炭和活性炭纖維屬于炭基多孔材料，吸附容量大、耐酸堿且成本低廉，是應(yīng)用最為廣泛的吸附劑材料，然而其豐富的表面基團(tuán)易于與VOCs分子發(fā)生化學(xué)吸附或形成穩(wěn)定的氫鍵，解吸/脫附不徹底，且炭基材料不耐高溫導(dǎo)致再生困難；硅藻土是由無(wú)定形水合二氧化硅組成的硅藻殼，水熱穩(wěn)定性差且主要為大孔結(jié)構(gòu)，不利于低濃度下的VOCs氣體吸附；介孔二氧化硅同樣受限于自身較大的介孔孔道，對(duì)動(dòng)力學(xué)直徑較小的VOCs分子吸附結(jié)合力相對(duì)較弱，富集低濃度VOCs氣體能力較差；金屬有機(jī)骨架化合物（MOFs）是一種新興的多孔材料，對(duì)VOCs分子具有較高的吸附容量，但其前驅(qū)體制備成本高，合成時(shí)需使用大量的有機(jī)溶劑，且熱穩(wěn)定性差，目前尚處于基礎(chǔ)研發(fā)階段；沸石分子篩是一種人工合成的結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽，具有在分子尺寸上高度有序、孔徑可調(diào)的微孔孔道，骨架結(jié)構(gòu)豐富，可根據(jù)VOCs分子大小進(jìn)行選擇性吸附，且分子篩熱穩(wěn)定性好，易于再生。目前，分子篩已廣泛用于工業(yè)上吸附/分離過(guò)程，其中分子篩轉(zhuǎn)輪技術(shù)已成功應(yīng)用于工業(yè)排放VOCs氣體的吸附捕集。

分子篩是[TO4]（T：Si、Al、Ti、Sn 等）四面體結(jié)構(gòu)單元按特定方式連接形成的骨架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。截至2016年，國(guó)際分子篩協(xié)會(huì)（IZA-SC）公布了231 種分子篩的骨架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（通常采用三個(gè)字母形式來(lái)表示，如CHA、MFI、FAU 等），豐富多樣的骨架拓?fù)錄Q定了分子篩具有多變的孔道結(jié)構(gòu)（尺寸、維度以及聯(lián)通性）和獨(dú)特的籠結(jié)構(gòu)，常見(jiàn)的分子篩孔道尺寸分布在0.35 ~ 0.9 nm之間，基本上與VOCs分子尺寸相對(duì)應(yīng)，而籠結(jié)構(gòu)提供了VOCs分子的吸附空間，使其具有高吸附容量。因此，對(duì)于特定VOCs的捕集，可以選擇孔徑與其動(dòng)力學(xué)直徑相匹配的分子篩吸附劑，減弱分子擴(kuò)散和努森擴(kuò)散效應(yīng)的影響，提高孔內(nèi)吸附速率，加強(qiáng)VOCs 分子在孔/籠內(nèi)的有效吸附，提高分子篩吸附劑對(duì)VOCs 分子的吸附容量。