低浓度VOC在基于微纤复合分子筛吸附材料的结构化固定床吸附动力学研究

本项目拟研究一种新型纸状梯度化金属微纤复合分子筛吸附材料的制备方法及基于这种梯度复合吸附材料的结构化固定床对空气中低浓度VOC的吸附动力学。首先以不锈钢微纤材料通过湿法造纸工艺和烧结技术研究空隙率和强度可调的纸状梯度化金属多孔材料制备工艺技术；在对所制备金属多孔材料表面改性基础上，利用二次生长法，探讨金属多孔材料表面上合成分子筛膜所形成的梯度化金属微纤复合分子筛吸附材料制备工艺技术，结合现代分析表征技术，优化其最佳制备工艺技术参数；以空气中低浓度VOC的脱除为研究背景，通过表征分析金属微纤复合分子筛吸附材料的空隙结构和表面特性,测定其对VOC的吸附平衡，研究基于不同梯度特性金属微纤复合分子筛吸附材料所构成的结构化固定床吸附动力学机理与传质特性，并对比研究金属微纤复合分子筛吸附材料与颗粒活性炭或分子筛吸附剂相结合的复合床固定床吸附动力学机理，为开拓一项新型VOC净化技术奠定一定基础。

本项目研究了一种新型纸状微纤复合分子筛膜吸附材料的制备工艺技术以及低浓度VOCs在基于这种吸附材料的结构创吸附器上的吸附动力学。首先，采用湿法造纸和烧结工艺制备了梯度多孔纸状不锈钢微纤预载体，结合阳极氧化法对不锈钢微纤表面进行改性；其次，利用二次生长发在改性后的不锈钢微纤表面负载ZSM-5分子筛膜，构成纸状微纤复合ZSM-5分子筛膜吸附材料，通过单因素实验，结合SEM，XRD，DLS和EDS等现代表征手段，确定了这种吸附材料的最有制备工艺技术。这种新型纸状微纤复合分子筛膜吸附材料具有发达的三维网状结构，能够有效降低床层传质阻力，提高床层传质速率。最后，以异丙醇和甲苯单组份气体为研究对象，在传统颗粒固定床出口端装填不同比例微纤复合ZSM-5分子筛膜吸附材料，构成结构化固定床吸附器，系统考察了异丙醇和甲苯在结构化固定床上的吸附动力学，并采用无效层厚度理论，Yoon-Nelson模型和BDST模型，对结构化固定床吸附器的传质机理进行模拟与优化，研究结果表明：基于微纤复合ZSM-5分子筛膜吸附材料的结构化固定床吸附器的床层传质阻力显著降低，传质速率显著增强，床层利用率也显著提高，为低浓度VOCs综合净化技术奠定了一定的基础。