CN109759012A - 一种废气处理吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废气处理吸附剂及其制备方法，涉及废气处理技术领域。在该方案中，吸附剂为多孔吸附材料，包括核层和壳层，所述壳层和核层的质量比为2:1‑5:1；所述壳层通过有机酸粘接剂包覆在所述核层的外部，所述壳层为分子筛，该吸附剂制备工艺简单，热稳定性强，导热性能好，热扩散速率高。主要活性组分分子筛材料可均匀分散在吸附剂的外表面，提高了分子筛的利用率和吸附效率。在相同处理条件下，其与相同体积大小的分子筛球型吸附剂相比，吸附量提高了11.3％，降温时间缩短了30.2％。

Description

一种废气处理吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，尤其涉及一种废气处理吸附剂及其制备方法。

背景技术

挥发性有机化合物简称VOCs(Volatile Organic Compounds)，是指在常温下饱和蒸气压大于70Pa、常压下沸点在260℃以内的有机化合物。目前，挥发性有机废气净化方法主要有吸附法、燃烧法、生物净化法和等离子体净化法等，根据VOCs的种类、浓度、风量、可回收价值等性质，选择不同的处理方法，才能更好的控制VOCs的污染。其中，吸附法技术由于具有建设成本低、去除效率高、净化彻底、能耗低、工艺成熟、能回收溶剂、易于推广实用等特点得到广泛应用。

吸附法的应用关键首先在于选择合适的吸附材料作为吸附剂，在众多吸附材料中，分子筛类吸附剂是常用的一种废气吸附材料，该类材料是由无机氧化物组成，具有不可燃性，在900℃下焙烧2h，其结晶度仍保持不变，故热稳定性极高，可反复通过加热来实现脱附再生，并保证较长的使用寿命。但是，由于该类材料导热系数较低，因此在实际工业化应用过程中存在传热传质效率差，解析冷却时间长等问题。

目前，人们研制出了一种蜂窝状分子筛-活性炭复合吸附剂，该复合吸附剂主要是由分子筛、活性炭粉、膨胀石墨、硅溶胶、有机黏结剂和去离子水混料后，经练泥、真空练泥、陈化、蜂窝挤出成型、低温微波定型、微波真空烧结工艺制取。该方法所得复合吸附剂通过蜂窝状成型有效改善了传质传热效率问题，并且具有不易开裂、强度高、开孔率高、含水率低(<3％)、耐水阻燃等优点。但是该制备方法较为复杂，真空条件和微波的使用在一定程度上限制了该复合材料的工业化制备和使用；此外，由于该复合吸附剂制备过程为分子筛与其他组分混合后挤出成型，从而存在分子筛无法均匀分散在材料外表面，进而降低了分子筛的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废气处理吸附剂及其制备方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种包覆式废气处理吸附剂，所述吸附剂为多孔吸附材料，包括核层和壳层，所述壳层和核层的质量比为2:1-5:1；所述壳层通过有机酸粘接剂包覆在所述核层的外部，所述壳层为分子筛，所述核层为物质A和物质B的混合物，物质A和物质B的质量比为3:1-10:1，所述物质A为膨胀石墨、金属粉末、导热高分子材料以及其他具有高导热性能材料中的一种或几种，所述物质B为拟薄水铝石、三氧化二铝、氢氧化铝以及其他含铝化合物中的一种或几种。

优选地，所述粘接剂为柠檬酸、甲酸、乙酸中的一种或几种的混合物；

优选地，所述分子筛为微孔分子筛、介孔分子筛中的一种或多种的混合物，所述分子筛为高硅或全硅分子筛中的一种或几种的混合物。

如上述的包覆式废气处理吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将物质A和物质B按比例混合、捏合，并在一定焙烧温度下焙烧一段时间，得到混合物；

步骤2，以步骤1的混合物为核，采用圆盘造粒机的方式，以柠檬酸为粘结剂将分子筛包覆到混合物表面，得到初始的包覆式吸附剂；

步骤3，将步骤2所得的初始的包覆式吸附剂，在110℃下干燥3-15h后，在一定温度下焙烧数小时，得到最终包覆式吸附剂用于废气的吸附处理。

优选地，步骤1中，物质A为膨胀石墨，物质B为拟薄水铝石，焙烧温度为450-650℃，所述焙烧时间为2-10h。

优选地，步骤3中，所述在一定温度下焙烧数小时，具体为，在450-650℃的温度下焙烧数小时。

本发明的有益效果是：本发明提供的包覆式废气处理吸附剂及其制备方法，吸附剂为多孔吸附材料，包括核层和壳层，所述壳层和核层的质量比为2:1-5:1；所述壳层通过有机酸粘接剂包覆在所述核层的外部，所述壳层为分子筛，该吸附剂制备工艺简单，热稳定性强，导热性能好，热扩散速率高。主要活性组分分子筛材料可均匀分散在吸附剂的外表面，提高了分子筛的利用率和吸附效率。在相同处理条件下，其与相同体积大小的分子筛球型吸附剂相比，吸附量提高了11.3％，降温时间缩短了30.2％。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本发明实施例提供了一种包覆式废气处理吸附剂，所述吸附剂为多孔吸附材料，包括核层和壳层，所述壳层和核层的质量比为2:1-5:1；所述壳层通过有机酸粘接剂包覆在所述核层的外部，所述壳层为分子筛，所述核层为物质A和物质B的混合物，物质A和物质B的质量比为3:1-10:1，所述物质A为膨胀石墨、金属粉末、导热高分子材料以及其他具有高导热性能材料中的一种或几种，所述物质B为拟薄水铝石、三氧化二铝、氢氧化铝以及其他含铝化合物中的一种或几种。

其中，所述粘接剂可以为柠檬酸、甲酸、乙酸中的一种或几种的混合物。

上述方法中，采用柠檬酸、甲酸、乙酸等有机酸作为粘结剂，一方面可以起到粘结物质A和B的效果，另一方面有机粘结剂在焙烧的过程中会被烧掉，这样就不会堵塞吸附材料的孔道，而且通过焙烧将有机酸粘结剂烧掉后也可以起到造孔的作用。

如本领域技术人员可以理解的，上述粘结剂还可以选择其他的有机酸。所述分子筛可以为微孔分子筛、介孔分子筛中的一种或两种的混合物，所述分子筛可以为高硅或全硅分子筛中的一种或几种的混合物。

上述方法中，可以根据具体废气参数(包括废气成分、浓度、湿度等)选择合适的分子筛(一种或几种分子筛的组合、低硅、高硅或全硅分子筛)作为吸附材料，从而达到最佳的吸附效果。

实施例二

本发明实施例提供了一种包覆式废气处理吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，将物质A和物质B按比例混合、捏合，并在一定焙烧温度下焙烧一段时间，得到混合物；

步骤2，以步骤1的混合物为核，采用圆盘造粒机的方式，以柠檬酸为粘结剂将分子筛包覆到混合物表面，得到初始的包覆式吸附剂；

步骤3，将步骤2所得的初始的包覆式吸附剂，在110℃下干燥3-15h后，在一定温度下焙烧数小时，得到最终包覆式吸附剂用于废气的吸附处理。

其中，步骤1中，物质A为膨胀石墨，物质B为拟薄水铝石，焙烧温度为450-650℃，所述焙烧时间为2-10h。

上述方法中，物质A可以起到的作用是导热性能好，可以明显提高所得吸附材料的传热性能，从而大大缩短所得材料的降温时间。物质B的主要作用是促进核层和壳层的结合，使得所得吸附材料具有更好的热稳定性能。

采用上述焙烧温度和时间均是为了活化物质B，一方面可以使物质B材料能够产生相互之间键合作用，进而将导热材料膨胀石墨等稳定的固定在核层中，稳定性更强。另一方面活化的物质B可以在粘结剂的作用下更好的与壳层分子筛材料发生键合作用，使得所得吸附材料稳定性更强，导热性能更好。

步骤3中，所述在一定温度下焙烧数小时，具体为，在450-650℃的温度下焙烧数小时。

采用上述方法，可以使壳层吸附材料与核层材料在一定程度上产生键合作用，进而使得所得吸附材料具有更高的稳定性。

具体实施例1

本实施例中，采用如下步骤制备包覆式废气处理吸附剂：

(1)以膨胀石墨和拟薄水铝石按质量比为3:1混合，在1mol/L氢氧化钠溶液下将二者捏合，在110℃下干燥4h，随后550℃下焙烧4h，得到混合物核层；

(2)以(1)混合物为核，采用圆盘造粒机的方式，将NaY型分子筛包覆到(1)混合物表面，分子筛与混合物的质量比为2:1，包覆过程所用粘结剂为柠檬酸；

(3)将(2)所得包覆式吸附剂，在110℃下干燥6h后，再在550℃下焙烧5h，得到NaY分子筛与膨胀石墨的包覆式吸附剂。

具体实施例2

本实施例中，采用如下步骤制备包覆式废气处理吸附剂：

(1)以膨胀石墨和三氧化二铝按质量比为5:1混合，在1mol/L氢氧化钠溶液下将二者捏合，在110℃下干燥5h，随后550℃下焙烧5h，得到混合物核层；

(2)以(1)混合物为核，采用圆盘造粒机的方式，将USY型分子筛包覆到(1)混合物表面，分子筛与混合物的质量比为3:1，包覆过程所用粘结剂为柠檬酸；

(3)将(2)所得包覆式吸附剂，在110℃下干燥6h后，再在550℃下焙烧5h，得到USY分子筛与膨胀石墨的包覆式吸附剂。

具体实施例3

本实施例中，采用如下步骤制备包覆式废气处理吸附剂：

(1)以膨胀石墨和拟薄水铝石按质量比为10:1混合，在1mol/L氢氧化钠溶液下将二者捏合，在110℃下干燥4h，随后550℃下焙烧4h，得到混合物核层；

(2)以(1)混合物为核，采用圆盘造粒机的方式，将NaZSM-5型分子筛包覆到(1)混合物表面，分子筛与混合物的质量比为5:1，包覆过程所用粘结剂为乙酸；

(3)将(2)所得包覆式吸附剂，在110℃下干燥6h后，再在550℃下焙烧5h，得到NaZSM-5分子筛与膨胀石墨的包覆式吸附剂。

具体实施例4

对实施例1-3所得三种包覆式吸附材料进行吸附实验研究，详细研究了三种吸附材料对丙酮、乙酸丁酯和甲苯等不同类型吸附质的吸附性能，并研究了三种吸附质的热扩散性能。结果表明，壳层分子筛对不同类型吸附剂的吸附量有较大影响。对于分子尺寸较小的丙酮和乙酸丁酯，三种壳层分子筛对其吸附性能相差较小，吸附剂的吸附量主要由壳层吸附材料的比例影响。对于分子尺寸较大的甲苯，壳层分子筛的孔道结构对该类吸附剂的吸附量影响较大，USY具有最大的吸附量，而壳层比例对其吸附量的影响较小。另外，对于三种吸附材料的热扩散性能，主要受核层导热材料比例的影响。相同实验条件下，三种吸附材料的降温速率与吸附材料中核层导热材料的比例呈正相关。

具体实施例5

(1)将拟薄水铝石和NaY分子筛按实施例(1)比例混合，挤压成球，制备对比吸附剂材料，该吸附剂与实施例(1)所得吸附剂体积相同；

(2)以固定床为反应器，以乙酸丁酯为吸附质进行吸附实验。吸附剂的装填量为20kg，吸附质的浓度为100ppm，吸附时间12h后记录两组吸附剂分别的吸附量。随后往反应器中通入180℃的热空气，待出口浓度保持不变时停止反应，通入常温空气对反应器进行降温，待温度降低至30℃止，记录两组吸附剂分别所用的时间。结果表明，所制备的包覆式吸附材料较对比材料其吸附量提高了11.3％，降温时间缩短了30.2％。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本发明提供的包覆式废气处理吸附剂及其制备方法，吸附剂为多孔吸附材料，包括核层和壳层，所述壳层和核层的质量比为2:1-5:1；所述壳层通过有机酸粘接剂包覆在所述核层的外部，所述壳层为分子筛，该吸附剂制备工艺简单，热稳定性强，导热性能好，热扩散速率高。主要活性组分分子筛材料可均匀分散在吸附剂的外表面，提高了分子筛的利用率和吸附效率。在相同处理条件下，其与相同体积大小的分子筛球型吸附剂相比，吸附量提高了11.3％，降温时间缩短了30.2％。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种包覆式废气处理吸附剂，其特征在于，所述吸附剂为多孔吸附材料，包括核层和壳层，所述壳层和核层的质量比为2:1-5:1；所述壳层通过有机酸粘接剂包覆在所述核层的外部，所述壳层为分子筛，所述核层为物质A和物质B的混合物，物质A和物质B的质量比为3:1-10:1，所述物质A为膨胀石墨、金属粉末、导热高分子材料以及其他具有高导热性能材料中的一种或几种，所述物质B为拟薄水铝石、三氧化二铝、氢氧化铝以及其他含铝化合物中的一种或几种。

2.根据权利要求1所述的包覆式废气处理吸附剂，其特征在于，所述粘接剂为柠檬酸、甲酸、乙酸中的一种或几种的混合物。

3.根据权利要求1所述的包覆式废气处理吸附剂，其特征在于，所述分子筛为微孔分子筛、介孔分子筛中的一种或多种的混合物，所述分子筛为高硅或全硅分子筛中的一种或几种的混合物。

4.如权利要求1-3任一项所述的包覆式废气处理吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将物质A和物质B按比例混合、捏合，并在一定焙烧温度下焙烧一段时间，得到混合物；

步骤2，以步骤1的混合物为核，采用圆盘造粒机的方式，以柠檬酸为粘结剂将分子筛包覆到混合物表面，得到初始的包覆式吸附剂；

步骤3，将步骤2所得的初始的包覆式吸附剂，在110℃下干燥3-15h后，在一定温度下焙烧数小时，得到最终包覆式吸附剂用于废气的吸附处理。

5.根据权利要求4所述的包覆式废气处理吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中，物质A为膨胀石墨，物质B为拟薄水铝石，焙烧温度为450-650℃，所述焙烧时间为2-10h。

6.根据权利要求4所述的包覆式废气处理吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述在一定温度下焙烧数小时，具体为，在450-650℃的温度下焙烧数小时。