CN113856620A - 一种极性有机废气吸附剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种极性有机废气吸附剂，按质量份包括：分子筛原粉60～95、粘合剂5～20、助剂1～5和固体酸0.01～2，用金属盐溶液进行混合得到混料，对混料进行成型、烘干及焙烧，得到固体基质，使用离子液体对固体基质进行浸渍改性得到气体吸附剂。本发明通过分子筛与金属和固体酸结合，针对VOCs组成调节吸附剂表面电荷及酸碱性，提高了吸附剂对VOCs的选择性吸附能力，同时显著提高了单位吸附剂的有效吸附量和吸附强度。

Description

一种极性有机废气吸附剂
技术领域
本发明属于工业废气处理技术领域，涉及一种极性有机废气吸附剂。
背景技术
极性有机溶剂，如：甲醇、乙腈、氯甲烷及二氯甲烷，被广泛应用于化工、医药、油漆及汽车领域的同时产生挥发性有机废气(Volatile Organic Compounds ,VOCs，严重影响了人民身体健康，制约了经济的可持续发展。《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》指出必须从工业生产的各个环节全面防治 VOCs 废气污染，工业有针对性地应用先进处理技术，削减VOCs废气排放量，从源头减少雾霾前体物的产生，切实提高空气质量，提升人民生活幸福水平。随着对VOCs污染的日益重视和环保法规不断严格VOCs的排放标准，其治理技术亦在逐渐改进和完善。
然而极低浓度VOCs的处理技术因VOCs浓度低、处理困难、投资大及操作费用高等缺点，已成为行业重点、急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种极性有机废气吸附剂，增强对VOCs的选择性吸附能力，适合处理低浓度极性有机废气，提高单位吸附剂的有效吸附量和吸附强。
本发明的技术方案是：极性有机废气吸附剂，按质量份包括：分子筛原粉 60～95、粘合剂 5～20、助剂 1～5和固体酸 0.01～2，用金属盐溶液进行混合得到混料，对混料进行成型、烘干及焙烧，得到固体基质，使用离子液体对固体基质进行浸渍改性得到气体吸附剂。
分子筛为硅铝结构的分子筛，硅铝比范围为5～200。分子筛原粉的平均粒径为2～20μm，比表面积为250～1000m2/g，分子筛原粉中小于2nm孔体积不小于0.25mL/g，50～1000nm的大孔体积不大于0.25mL/g，600℃灼减量不大于9%，相对结晶度≥86%。
高岭土、蒙脱土、膨润土、埃洛石、铝溶胶及硅溶胶中的一种或多种。助剂为田菁粉、淀粉或羧甲基纤维素中的一种或多种。金属盐溶液为一价、二价或三架金属锂、铍、锌、锶、钙、镁、铝及铈的水溶性碳酸盐、硫酸盐、氯化盐和/或硝酸盐；金属占分子筛原粉质量的0.01～0.5%。金属盐溶液添加量为分子筛原粉体积的0.5～1.6倍。固体酸为SiO2·MgO、AlCl3、硫酸盐和磷酸盐固体酸中的一种或多种。
烘干及焙烧是指：120℃烘干2～6小时，450～750℃焙烧2～6小时。离子液体为[Et(2)NEMIM][SCN]、[BMIM][NTf2]、[EMPY][NTf2]、[BMIM][PF6]、[PMPY][NTf2]、[DDMIM][NTf2]、[Cn MIM][NTf2]（n=2,10）、[C2MIM][BF4]、[P6,6,6,14][BF4]、[C2MIM][OTf]中的一种或多种，离子液体占固体基质质量的0.01～12%。
当分子筛比表面积≥250m2/g，优选为≥550m2/g，小于2nm孔体积不小于0.25mL/g，50～1000nm的大孔体积不大于0.25mL/g时，对甲醇、乙腈、氯甲烷及二氯甲烷有显著吸附能力及较大吸附容量。分子筛负载一定含量的特殊金属氧化物，利于提高分子筛对特定种类有机废气的吸附能力，利于极低浓度VOCs的处理，使得吸附后有机废气浓度低于20ppm。特殊金属氧化物包括金属锂、铍、锌、锶、钙、镁、铝及铈的氧化物。在吸附剂制备过程中，采用硅铝溶胶及固体酸可调节吸附剂表面酸碱性，从而可进一步提高酸碱性有机废气的能力，如采用铝溶胶作为粘合剂，使得吸附剂表面酸含量提高，可提高吸附剂对甲醇的吸附能力和吸附容量。在制备离子液体过程中引入特定基团，然后将离子液体固载在吸附剂上，可显著提高吸附剂对特种VOCs的吸附性能。如引入氨基的离子液体利于提高吸附剂对甲醇吸附性能。
本发明极性有机废气吸附剂用于极低浓度的有机废气的处理，适用于处理含甲醇、乙腈、氯甲烷及二氯甲烷的废气。吸附后有机废气浓度低于20ppm的条件下，吸附容量大于450mg/g。
本发明通过专门结构性能的分子筛与负责金属和固体结合，针对VOCs组成调节吸附剂表面电荷及酸碱性，提高了吸附剂对VOCs的选择性吸附能力，同时显著提高了单位吸附剂的有效吸附量和吸附强度。本发明吸附剂对极性有机废气，如甲醇、乙腈、氯甲烷及二氯甲烷的废气，具有较强吸附能力和较大吸附容量。本发明通过固载具有特殊官能团的离子液体，可进一步提高了单位吸附剂的有效吸附量和吸附强度，且当吸附剂经长时间使用后吸附性能下降时，再次固载离子液体可方便、快速及低成本的实现吸附剂再生。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
取60质量份的市售β分子筛原粉（平均粒径＜15μm，硅铝比范围为200，比表面积≥550m2/g，小于2nm孔体积为0.27mL/g，50～1000nm的大孔体积为0.22mL/g，600℃灼减量为8%，相对结晶度≥90%）与20质量份的粘合剂（高岭土）、3质量份的助剂（羧甲基纤维素）、1.5质量份的固体酸（磷酸盐固体酸）及硝酸锶溶液进行搅拌混合得到混料。金属锶占分子筛原粉质量的0.05%，硝酸锶溶液添加量为分子筛原粉体积的1.4倍。
对混料进行挤条成型、120℃烘干4h及450℃焙烧6h，得到固体基质。将[C2MIM][OTf]离子液体溶于乙醇中，搅拌均匀后加入固体基质，老化12h，300℃烘干2h即得气体吸附剂。[C2MIM][OTf]的添加量为固体基质质量的1.5%，乙醇体积为固体基质对乙醇静态吸附量的1倍。
将上述气体吸附剂置于动态吸附装置中（动态吸附装置为普通常见吸附装置），采用湖南日科仪器有限公司的PV6001-VOC-A5000型VOCs气体检测仪对VOCs进出口的浓度进行实时监测。进口甲醇浓度为450ppm，甲醇废气体积空速为25000h-1，以出口浓度达到20ppm为穿透点，测定吸附剂对甲醇的吸附容量为640mg/g。
将上述气体吸附剂置于动态吸附装置中（动态吸附装置为普通常见吸附装置），采用湖南日科仪器有限公司的PV6001-VOC-A5000型VOCs气体检测仪对VOCs进出口的浓度进行实时监测。进口二氯甲烷浓度为330ppm，氯甲烷废气体积空速为19000h-1，以出口浓度达到20ppm为穿透点，测定吸附剂对氯甲烷的吸附容量为558mg/g。
实施例2
取95质量份的市售HY分子筛原粉（平均粒径＜5μm，硅铝比范围为5，比表面积≥650m2/g，小于2nm孔体积为0.26mL/g，50-1000nm的大孔体积为0.21mL/g，600℃灼减量为6%，相对结晶度≥90%）与5质量份的粘合剂（铝溶胶）、1.5质量份的助剂（田菁粉）、0.01质量份的固体酸（三氯化铝）及硝酸铈溶液进行搅拌混合得到混料。金属铈占分子筛原粉质量的0.01%，硝酸铈溶液添加量为分子筛原粉体积的1倍。
对混料进行挤条成型、120℃烘干2h及450℃焙烧3h，得到固体基质。将[BMIM][PF6]离子液体溶于乙醇中，搅拌均匀后加入固体基质，老化12h，300℃烘干2h即得气体吸附剂。[BMIM][PF6]的添加量为固体基质质量的0.01%，乙醇体积为固体基质对乙醇静态吸附量的1倍。
将上述气体吸附剂置于动态吸附装置中（动态吸附装置为普通常见吸附装置），采用湖南日科仪器有限公司的PV6001-VOC-A5000型VOCs气体检测仪对VOCs进出口的浓度进行实时监测。进口甲醇浓度为500ppm，甲醇废气体积空速为29000h-1，以出口浓度达到20ppm为穿透点，测定吸附剂对甲醇的吸附容量为520mg/g。
将上述气体吸附剂置于动态吸附装置中（动态吸附装置为普通常见吸附装置），采用湖南日科仪器有限公司的PV6001-VOC-A5000型VOC气体检测仪对VOCs进出口的浓度进行实时监测。进口氯甲烷浓度为260ppm，氯甲烷废气体积空速为25000h-1，以出口浓度达到20ppm为穿透点，测定吸附剂对氯甲烷的吸附容量为490mg/g。

Claims (9)

1.一种极性有机废气吸附剂，其特征是：所述吸附剂按质量份包括：分子筛原粉 60～95、粘合剂 5～20、助剂 1～5和固体酸 0.01～2，用金属盐溶液进行混合得到混料；对混料进行成型、烘干及焙烧，得到固体基质，使用离子液体对固体基质进行浸渍改性得到气体吸附剂。
2.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述分子筛为硅铝结构的分子筛，所述硅铝比范围为5～200；所述分子筛原粉的平均粒径为2～20μm，比表面积250～1000m2/g，分子筛原粉中小于2nm孔体积不小于0.25mL/g，50～1000nm的大孔体积不大于0.25mL/g，600℃灼减量不大于9%，相对结晶度≥86%。
3.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述粘合剂为高岭土、蒙脱土、膨润土、埃洛石、铝溶胶及硅溶胶中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的极性有机废气用吸附剂，其特征是：所述助剂为田菁粉、淀粉或羧甲基纤维素中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述金属盐溶液为一价、二价或三架金属锂、铍、锌、锶、钙、镁、铝及铈的水溶性碳酸盐、硫酸盐、氯化盐和/或硝酸盐；所述金属占分子筛原粉质量的0.01～0.5%，所述金属盐溶液添加量为分子筛原粉体积的0.5～1.6倍。
6.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述固体酸为SiO2·MgO、AlCl3、硫酸盐和磷酸盐固体酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述烘干及焙烧是指：120℃烘干2～6小时，450～750℃焙烧2～6小时。
8.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述离子液体为[Et(2)NEMIM][SCN]、[BMIM][NTf2]、[EMPY][NTf2]、[BMIM][PF6]、[PMPY][NTf2]、[DDMIM][NTf2]、[Cn MIM][NTf2]（n=2,10）、[C2MIM][BF4]、[P6,6,6,14][BF4]、[C2MIM][OTf]中的一种或多种，离子液体占固体基质质量的0.01～12%。
9.根据权利要求1所述的极性有机废气吸附剂，其特征是：所述气体吸附剂适用于处理含甲醇、乙腈、氯甲烷及二氯甲烷的废气。
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