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ZSM-5分子筛在大气污染治理中的应用

作者:user 来源:  日期:2019-10-22 21:11
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对NOx的去除

氮氧化物NOx冤是目前大气污染物的主要组成部分.近年来选择吸附法用于净化空气已经受到了广泛关注其中ZSM-5分子筛作为吸附剂吸附NOx的研究也越来越多.
张永春等15探究了不同金属离子改性ZSM-5分子筛吸附低浓度NO的性能发现钴离子改性的ZSM-5具有最佳的吸附效果并可通过热再生的方式对吸附剂进行再生.IndraPerdana等16发现虽然ZSM-5分子筛能够吸附NO2但在吸附时极易发生催化还原产生NO因此如何有效控制NO的释放成为了制备吸附剂的难点.W.B.Feaver等17对ZSM-5分子筛进行胺改性发现改性后的ZSM-5分子筛对NO的释放具有延迟作用.张惠等18将负载了铜离子的ZSM-5分子筛再进行有机胺改性发现改性后对动态吸附NO2的穿透时间大大提高由原来的3min提升到90min且对NO的释放得到了显著缓解.同时ZSM-5分子筛也可作为催化剂对NOx进行吸附-催化.WangJiancheng等19通过原位水热合成法在堇青石表面合成了ZSM-5分子筛并通过离子交换浸渍法制备了Cu-ZSM-5/堇青石催化剂.其原理是吸附在分子筛上的NO首先在引入的Cu2+或酸性位上发生氧化作用生成NO2而后与HC反应生成无害化的N2CO2和H2O通过研究发现负载Cu2+的ZSM-5分子筛对NOx的催化去除率达到了90豫以上且以堇青石为载体不仅增加了材料的机械强度而且还提高了其耐高温性能有利于ZSM-5分子筛在处理汽车尾气以及工业废气中的应用.

VOCs的去除 

挥发性有机污染物VOCs冤包括烃类醇类醛类酸类酮类和胺类等.ZSM-5分子筛在VOCs吸附领域研究尚不多.ZSM-5分子筛作为一种新型的吸附材料其孔径与大部分VOCs的动力学直径相当因此可以有效地吸附废气中的VOCs进而净化空气.
夏至等20制备了无粘结剂ZSM-5分子筛并与活性炭进行对比.结果表明在有水蒸气的情况下活性炭对甲苯的穿透时间从原来的220min降低到148min而无粘结剂ZSM-5则无明显变化ZSM-5分子筛对甲苯的脱附性能远优于活性炭克服了活性炭难脱附再生高温易爆炸等缺点.因此ZSM-5分子筛在VOCs吸附方面也具有很好的前景但是其本身的一些性质限制了ZSM-5分子筛的应用如表面活性孔径及疏水性等.魏钟波等21采用重量法研究甲苯分子在ZSM-5分子筛上的吸附行为发现甲苯可以和分子筛孔道内的B酸位形成氢键而率先发生吸附表明表面酸位越多对甲苯分子的吸附就越强.顾勇义22发现Na-ZSM-5分子筛通过离子交换后形成H-ZSM-5分子筛由于直径较小的H+交换了直径较大的Na+后孔道阳离子体积变小分子筛平均直径从2.9nm增大到3.2nm有利于吸附质进入分子筛孔道且表面Na+转化为H+后分子筛酸性增强更有利于VOCs的吸附.同时黄海凤等23的研究表明ZSM-5分子筛的硅铝比越大其疏水性能越好当硅铝比大于100时表现出良好的疏水性能进而研究了ZSM-5吸附-脱附4种不同种类的VOCs发现ZSM-5分子筛吸附小分子VOCs的能力更强相比于同种VOCs相对分子质量越大分子筛对吸附质的孔壁叠加作用就越强吸附量也就越大而脱附所需温度也越高但4种VOCs均能在300益左右实现完全脱附有利于工业化处理.
目前工业中仍以活性炭作为主要吸附剂针对活性炭在高湿条件下吸附性能差高温下容易燃烧甚至爆炸等缺点可以通过提高ZSM-5分子筛的硅铝比增加其疏水性能使之适用于吸附工业中较难处理的高温高湿工况下的有机废气以取代活性炭具有较大的工业应用潜力.
 
结论与展望
ZSM-5分子筛所独有的晶体结构已在催化领域展现出优良的性能.同时因为其具有较大的比表面积耐高温耐酸耐腐蚀高硅铝比又表现出良好的吸附性能能够吸附水和大气中绝大多数的有毒有害物质是一种可再生不产生二次污染的新型吸附材料更符合现如今绿色经济的发展趋势.但由于吸附能力受到孔道半径硅铝比及负载物等影响且一次合成ZSM-5分子筛孔容孔径较小较难吸附大分子物质因此针对不同处理对象需采用合适的改性方法对其进行改性以调整孔道结构半径及负载活性成分提高其吸附容量.此外由于污染治理本身并不是一个高产出的项目虽然研究者们已经尽力在寻求一种低成本合成方法但ZSM-5分子筛吸附剂对用于污染治理而言成本仍就相对较高从而限制了其工业化的发展.因此探索更低成本的合成方法以及在污染治理中回收再利用有价值的吸附质将成为ZSM-5分子筛吸附剂的重要研究方向.

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