金属—有机骨架材料——MOF-5和MIL-101的合成及其对VOCs的吸附/脱附性能

VOCs污染已成为环境污染的主要源头之一,它极大地破坏着生态环境,严重地威胁人类健康和影响社会的可持续发展,有效地治理VOCs的环境污染已迫在眉睫.吸附技术被认为是一种极具发展潜力的VOCs治理技术,新型的多孔吸附材料是吸附技术的核心,研制对VOCs具有高效吸附性能的新型多孔材料成为技术的关键.本文主要探索合成MOF-5和MIL-101材料并测定其吸附VOCs的性能,论文工作主要涉及MOF-5和MIL-101材料的合成及表面性质的表征,测定苯和甲苯在MOF-5和MIL-101材料上的吸附等温线和吸附动力学曲线,估算甲苯在MIL-101材料上的吸附/脱附活化能,属于环境工程,化学工程和材料工程领域,具有重要的研究意义和实际应用背景. 本文研究了合成条件对MOF-5晶体比表面积和孔隙结构等性能的影响.研究结果表明:以DMF为溶剂,将Zn2+/H2BDC摩尔比为3的合成液中置于130℃下油浴反应4小时后经过一定的纯化和活化处理,可成功得到小颗粒(20-60μm),较高比表面积(SLangmuir =1022m2/g)和较大孔容(0.45 cm/g)的MOF-5晶体. 本文研究了合成条件对MIL-101晶体比表面积和孔隙结构等性能的影响.研究结果表明:Cr3+,对苯二甲酸,氢氟酸和水以一定配比在210℃微波辐射反应1小时,并经过一定的纯化和活化处理,可得到高质量,高纯度的纳米级(40-90 nm)微小颗粒,大比表面积(SLangmuir =4443m2/g)和大孔容(1.89 cm3/g)MIL-101晶体. 本文测定了苯和甲苯在MOF-5和MIL-101上的吸附等温线和甲苯在MIL-101上的吸附动力学曲线,估算了甲苯在MIL-101上的扩散系数和吸附活化能.结果表明:当T =时,苯和甲苯在MIL-101上的平衡吸附量分别为16.3 mmol/g和11.0 mmol/g,MIL-101晶体颗粒对苯和甲苯均有高效快速的吸附容量;甲苯在MIL-101上的吸附活化能为10.9 kJ/mol,大大低于其在活性炭上的吸附活化能. 本文测定了甲苯在MIL-101上的程序升温脱附曲线,估算了甲苯在MIL-101材料上的脱附活化能,结果表明:甲苯在MIL-101上的脱附活化能为28.0 kJ/mol,大大低于其在其他吸附剂上的脱附活化能. 以上结果表明,与传统吸附材料相比,MIL-101材料不仅对甲苯有很高的吸附容量和吸附速率,而且又能使甲苯较容易脱附,是一种很有前景的吸附VOCs材料.

煤化工VOCs吸附处理技术研究进展及展望

煤化工产生的挥发性有机物VOCs气体成分复杂且有毒有害,为了避免煤化工VOCs及其光化学产物对环境和人体健康产生危害,通过分析VOCs气体的排放控制及处理技术,指出煤化工VOCs吸附技术是可以控制VOCs排放,回收吸附材料及回收有价值VOCs的经济,有效的VOCs去除技术.通过分析煤化工VOCs吸附的物理与化学过程及其影响因素,解吸附的过程与方法,对常用的吸附材料的改性研究及发展进行了综述,通过对比不同吸附装置的结构,吸附特点及优缺点,将煤化工VOCs吸附技术与其他技术的组合实际工程应用进行了比较分析,并展望了吸附技术的未来研究方向.影响吸附过程的因素有吸附材料的结构特性,表面化学性质及亲疏性热稳定性等物理化学特性,被吸附物质VOCs的分子特性,吸附剂与吸附质之间的相互作用,不同吸附质之间的相互竞争,吸附环境等;物理吸附过程包括外表面传值吸附阶段,内部表面扩散阶段,不同孔径孔隙之间的平衡阶段;吸附剂微孔提供了主要的吸附位点,而中孔及大孔则增强了VOCs的扩散通道.吸附材料经过适当改性具有优异的VOCs吸附能力;采用H2O2浸渍法改性可提高活性炭纤维表面含氧官能团含量,吸附能力增强;采用具有强氧化性的浓硫酸等改性使活性炭表面具有含氧基团,增强活性炭对氮的吸附能力;用碱性氢氧化物改性的活性炭增加了比表面积,用酸改性可增加表面官能团,用KOH活化可获得更好的孔隙率.需要针对VOCs种类,浓度,流量及排放量等特性选择适合的吸附装置.吸附技术是控制煤化工VOCs排放和回收有价值VOCs再利用的经济,有效且具有前景的技术,可与其他技术组合处理VOCs气体,进行有利用价值VOCs气体的回收利用,实现VOCs废气排放达标.吸附技术未来研究重点是吸附材料改性(或定向改性),新型改性方法及新型吸附材料研究,高效低成本吸附装置研究,多组分吸附质同时脱除研究,并提出了多组分VOCs吸附及解吸附的复合吸附装置研究思路.

储运尾气中烷烃类VOCs活性炭固定床吸附技术研究

在全球能源转型背景下,针对油气储运尾气中的烷烃类VOCs治理需求,通过活性炭固定床动态吸附实验,揭示了甲烷,乙烷的吸附特性与传质机制.结果表明,甲烷吸附效率随流量增加呈非线性衰减,15 L/min工况下达到最优吸附效率.乙烷吸附效率的变化趋势与甲烷相似,但整体吸附效率降幅达5%以上.研究为油气回收装置活性炭固定床床层设计提供了关键操作阈值,对实现VOCs高效治理具有工程指导价值.

活性炭吸附法在挥发性有机物治理中的应用研究进展

挥发性有机化合物(VOCs)是一类重要的大气污染物,其所带来的环境污染问题已经引起全世界的关注。活性炭吸附法是治理VOCs污染的有效手段。本文从介绍VOCs治理技术出发,简述了活性炭吸附法在VOCs治理中的使用现状,概括了活性炭吸附法治理VOCs的工艺技术和存在问题,指出变温-变压吸附、变电吸附以其高效节能环保的优点,在VOCs治理中具有较好的发展前景。分析了活性炭表面化学性质、吸附质的物性、操作条件对活性炭吸附法治理VOCs的影响,为VOCs治理专用活性炭的改进和新产品的开发,提供了理论依据。在总结现有研究进展的基础上,预测了活性炭吸附法治理VOCs技术的发展趋势,提出对工艺的改进以及与其他VOCs废气处理技术的耦合使用,针对不同VOCs排放场所开发不同活性炭品种和VOCs回收装置将是以后研究的重要方向。

"活性炭吸附+催化燃烧"工艺在VOCs治理中的联合应用研究

本文研究了"活性炭吸附+催化燃烧"工艺在挥发性有机化合物(VOCs)治理中的联合应用,以提高现代化工废气处理系统的效率和环保性能.首先,详细介绍了该工艺的基本原理,包括活性炭吸附,脱附和催化燃烧的机理,以及影响催化燃烧反应的主要因素.随后,阐述了活性炭废气处理系统的主要处理工序与原理,包括废气的捕集,多级过滤,活性炭吸附和催化燃烧等阶段.在活性炭吸附+催化燃烧系统方案中,系统通过多级过滤确保废气在进入设备前达到清洁无害的标准.活性炭在吸附阶段通过其巨大表面积和微孔结构有效吸附废气中的有机物,将其转化为对人体无害的气体.随着活性炭吸附的饱和,通过吹扫干热空气进行脱附再生,维持活性炭床的吸附能力.脱附后的废气进入催化燃烧装置,在催化剂的作用下高效氧化燃烧,将有机物完全分解为水和二氧化碳.系统设计中,燃烧产生的热量被用于加热活性炭吸附系统和预处理废气,提高整个系统的能源利用率.

汽车涂装车间废气治理技术探讨

汽车涂装车间废气治理技术至关重要, 涉及VOCs (挥发性有机物) 等有害成分的减少和排放控制.随 着环保法规日益严格, 涂装车间需采用先进技术来处理废气.常用废气治理技术包括热氧化法,活性炭吸附法及生物 处理法等, 它们能有效去除废气中的有害物质, 确保达标排放.此外, 光催化氧化技术和生物膜反应器技术等新兴治 理技术正逐步受到重视, 以其高效,低能耗和环保特性, 为汽车涂装车间废气治理提供了新的解决方案.

新型微波适应型复合活性炭的研制及其微波再生性能

微波再生技术被广泛认为是一种高效,节能的绿色再生技术.本文通过引入高热导率物质——膨胀石墨制备出新型微波适应型复合活性炭,解决目前活性炭在微波脱附过程中存在的温度梯度问题,同时开发VOCs活性炭吸附-微波再生技术.结果表明,制得的复合活性炭具有与普通商业活性炭相当的吸附性能,且其热导率提高6倍.同时,其甲苯脱附活化能为18.08kJ·mol-1,低于其在商业活性炭上的微波脱附活化能(24.84kJ·mol-1)25%以上;相同微波功率下,其脱附床层温度低于实验室制备的普通活性炭10～30℃.所制备的高热导率复合活性炭不仅具有良好的吸附性能,而且具有很好的微波适应性.