吸附VOCs用陶瓷基分子筛瓦楞纸片吸附性能初步研究

刘月颖

（茂名职业技术学院，广东 茂名 525027）

吸附VOCs用陶瓷基分子筛瓦楞纸片吸附性能初步研究

刘月颖

（茂名职业技术学院，广东 茂名 525027）

以分子筛制作的陶瓷基瓦楞纸吸附纸片为吸附剂，极性溶剂CH2Cl2和非极性溶剂C6H6为吸附质，采用动态吸附法，考察不同分子筛质量分数对吸附纸片吸附性能的影响。随着分子筛质量分数的增加，吸附纸片对苯、二氯甲烷的穿透时间、吸附量均逐渐增加；而IMa纸片对CH2Cl2的穿透时间、吸附量降低。

VOCs；分子筛；陶瓷基瓦楞纸片；吸附性能

具有蜂窝结构的吸附转轮，在对VOCs进行分离浓缩时，具有接触表面积大、风阻低、传质速率高、净化效率高、出口浓度稳定等优势[1]。本研究将陶瓷基瓦楞纸卷制成蜂窝状，用无机胶粘接并定型，并将吸附材料涂覆在蜂窝状孔道表面，制成陶瓷基蜂窝块体吸附剂。为了对蜂窝块体的吸附性能进行研究，从涂覆分子筛的陶瓷基分子筛瓦楞纸片开始，考察了分子筛质量分数对陶瓷基分子筛瓦楞纸片的吸附性能的影响。

能用来制作蜂窝状吸附VOCs转轮的材料有活性炭、活性炭纤维和疏水沸石。活性炭和活性炭纤维存在发生燃烧破损的可能性，同时活性炭颗粒有较大的吸湿性，会阻碍对VOCs的吸 收[2]。为避免上述问题，本文采用疏水性沸石（高硅分子筛）作为吸附剂材料。经粗选，试验选用ZSM-5类3种分子筛，它们产量大，价格适宜，来源易得，分别以代号进行标记。国产分子筛（Domestic molecular sieve），记为DM，两种 进口产品（Imported molecular sieve），分别记为IMa、IMb。

以陶瓷瓦楞纸为基材，经过润湿浸胶、微波干燥、烧结，制作成胚体。将胚体放入经过均质机分散制得的分子筛悬浮液中，之后取出，干燥，高温活化，即制成陶瓷基分子筛瓦楞纸。选用分子筛质量分数分别为13.04%、16.67%和23.08%的陶瓷基分子筛瓦楞吸附纸片，使用动态吸附法分别吸附极性溶剂CH2Cl2和非极性溶剂C6H6，考察分子筛质量分数对陶瓷基分子筛瓦楞纸片吸附性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

实验室自制陶瓷基分子筛瓦楞纸片（分子筛质量分数分别为13.04%、16.67%、23.08%）、二氯甲烷（CH2Cl2）、苯（C6H6）电子天平、恒温鼓风干燥箱、吸附性能测试装置、GC9790-Ⅱ气相色谱仪。

1.2 陶瓷基分子筛瓦楞纸片吸附性能测试

吸附测试前，将陶瓷基分子筛瓦楞纸剪碎，真空干燥2h，放置天平上称取一定的质量，并记录。之后放入U型石英管中，两端放入少量的石英棉，形成吸附床。样品的吸附性能测试由VOCs动态装置完成（该装置由VOCs发生器、气体流量控制系统、吸附床、TCD检测器、数据采集等组成）。分别吸附极性溶剂CH2Cl2和非极性溶剂C6H6，考察其吸附性能。吸附过程中，出口气体浓度达到入口浓度的5%时设为穿透点，达到100%时认为吸附饱和。从开始吸附到吸附穿透所用的时间，记为穿透时间tB，达到吸附饱和，即吸附平衡时间，记为吸附平衡时间tS。

2 结果与讨论

2.1 分子筛质量分数对吸附性能的影响

实验选用分子筛质量分数分别为13.04%、16.67%和23.08%的陶瓷基瓦楞吸附纸片，使用动态吸附法，分别吸附极性溶剂CH2Cl2和非极性溶剂C6H6，考察其吸附性能。

2.1.1 二氯甲烷吸附穿透曲线

不同分子筛质量分数所制备的瓦楞纸片对CH2Cl2的穿透曲线如图1所示。CH2Cl2的浓度为20000×10-6，经计算得到的穿透吸附量如表1所示。

图1 不同分子筛质量分数下瓦楞吸附纸片对CH2Cl2的qB值Figure.1 qBvalves of CH2Cl2on corrugated adsorption papers at different mass fraction of molecular sieve

表1 不同质量分数分子筛下瓦楞吸附纸片对CH2Cl2的qB、q′B值Table.1 qBand q′Bvalues of CH2Cl2on corrugated adsorption papers at different mass fraction of molecular sieve

由图1可知，随着分子筛质量分数的增加，DM及IMb纸片对二氯甲烷的吸附量略微增加；而IMa纸片对二氯甲烷的吸附明显减少，可见分子筛质量分数的增加，不利于IMa对吸附质的吸附,其结果与设想的并不一样。在实验前，设想随着分子筛质量分数的增加，涂覆在陶瓷基瓦楞纸的分子筛也增加，这样就会增加其吸附容量，但是由于分子筛含量增加，吸附剂的重量也随之增加，这样单位质量吸附纸片对二氯甲烷的吸附量qB(g·g-1)并非完全一致增加。将吸附量的单位换算成为单位面积吸附量，即每cm2吸收溶质的重量(q′B/g·cm-2)，结果见表1。由表1可知，即使换算成单位面积的吸附量，依旧与单位质量吸附量的走势相同。

2.1.2 以C6H6为吸附质，陶瓷基分子筛瓦楞纸的吸附性能

苯是一种非极性吸附质，在对吸附剂的吸附性能进行测试时经常使用。由于苯和二氯甲烷的饱和蒸气压不同，所以实验采用了与二氯甲烷吸附时不同的流量进行实验。入口流量为35mL·min-1，苯浓度为25000×10-6，吸附温度303.15K，图2为分子筛吸附纸片对苯吸附穿透曲线，其对应的穿透时间及吸附量数据见表2。

图2 不同分子筛质量分数下瓦楞吸附纸片对苯的吸附穿透曲线Figure.2 Breakthrough curves of C6H6on corrugated adsorption papers at different mass fraction of molecular sieve

表2 不同质量分数分子筛下瓦楞吸附纸片对C6H6的tB和qB值Table.2 tBand qBvalves of C6H6on corrugated adsorption papers at different mass fraction of molecular sieve

由图2及表2可知，在相同的分子筛质量分数下，IMa纸片的吸附性能最好。随着分子筛质量分数增加，瓦楞吸附纸片对苯的吸附穿透时间也在相应延长，吸附量增加。比较起来，IMa纸片性能最优。IMa纸片对苯的吸附穿透时间由24.35min增至38.58min，增幅达58.44%，明显高于DM纸片(81.64%)及IMb纸片(66.80%)。同样，IMa纸片对苯的吸附量增幅为31.6%，高于DM纸片(57.18%)和IMb纸片(37.86%)。

对比瓦楞吸附纸片对二氯甲烷和苯的动态吸附实验可以发现，对苯的吸附趋势如同预期设想，随着分子筛质量分数的增加，对吸附质的吸附量也在增加。而对二氯甲烷的吸附趋势却与设想并不一致。这可能与吸附剂对吸附质的极性及分子较大存在位阻效应有关。

3 结论与展望

本文使用极性有机物二氯甲烷（CH2Cl2）和非极性有机物苯（C6H6）为吸附质，采用动态吸附法，测试了分子筛质量分数对吸附纸片吸附性能的影响。当吸附质为二氯甲烷（CH2Cl2）时，IMa纸片吸附量随分子筛质量分数的增加而减少，而DM与IMb的纸片则略微上升。当吸附质为苯时，随着分子筛质量分数的增加，3种分子筛对其吸附量、穿透时间均增加，其中，IMa对苯的吸附性能最好，这可能与吸附剂对吸附质的极性及分子较大存在位阻效应有关。

下一步我们将分析分子筛的孔结构、比表面积和组成，表征陶瓷基分子筛纸片的微观结构，为二氯甲烷和苯的吸附特性找出可能的原因，为产品样品提供数据。

[1] 金伟力，山田健一郎，等.采用蜂窝状吸附转轮对VOCs污染空气进行净化处理[J].中国环境科学学会学术年会论文集，2011：1186-1191.

[2] Zhou L., Li M., Sun Y., Zhou Y. P.. Effect of moisture in microporous activated carbon on the adsorption of methane[J], Carbon, 2001, 39(5): 773-776.

Preparation of Ceramic Honeycomb Monolithic Adsorbents for VOCs Adsorption

LIU Yueying
(Maoming Polytechnic, Maoming 525027, China)

Applied ceramic corrugated adsorption paper separately made by molecular sieve as adsorbent, the VOCs such as polar solvent methylene chloride (CH2Cl2) and nonpolar solvent benzene (C6H6) as adsorbate, the inf uence of the molecular sieve mass fraction on the adsorption performance of ceramic corrugated adsorption paper was respectively investigated by dynamic adsorption. With the increase of the molecular sieve mass fraction, the breakthrough times and the adsorbing capacity of both CH2Cl2and C6H6on all the adsorption papers increased. The breakthrough time and adsorbing capacity for CH2Cl2on IMa adsorption paper was decreased.

VOCs; molecular sieve; deramic corrugated paper; adsorption performance

TQ 424.25

A

1671-9905(2017)05-0047-03

2017-03-08