面向绿色化学的吸附剂的探索研究 ——从制备到应用

论文摘要

随着我国经济的高速发展,环境保护问题和能源利用率问题日渐突出。我国政府对于我国现阶段工业发展的形式相继提出了可持续发展和建设环境有好型社会以及资源节约型社会的要求。近年来我国各级科研机构积极响应政府的这一要求,在节能,环保和资源高效利用等方面进行了很多探索和研究,并提出了很多使用的方法来达到环境友好型社会以及资源节约型社会的要求。其中吸附分离法由于其高效,环保以及工艺过程简单的特点成为了建设环境友好型社会以及资源节约型社会的一种重要方法。在这一背景下吸附剂做为吸附分离法的核心成为了研究的热点。目前对于吸附剂的研究主要集中在合成新型吸附剂和改进经典吸附剂合成工艺两个方面。本文针对目前吸附剂研究的热点做了以下两个方面的工作：一改变氮氧分离吸附剂Li-X分子筛合成过程中水热离子交换的加热方式,由普通加热改为微波加热,并做对比实验。在以上实验基础上通过中断实验法考察微波加热离子交换实验的离子交换机理。实验中发现使用普通加热方式进行水热离子交换实验时提高交换温度,增加离子交换液的浓度,延长一次离子交换实验的时间以及增加离子交换连续实验的次数都可以提高分子筛的离子交换度。而且在使用普通加热方式进行的水热离子交换实验中交换温度应选800C,交换液浓度选0.5mol/L比较合适,一次交换时间应为4h,连续进行的交换次数应为3次,在以上条件下完成离子交换实验可以在得到较高的分子筛离子交换度（离子交换度≥90%）的同时保证离子交换实验后分子筛的结晶度完整。实验中还发现使用微波加热方式进行的水热离子交换实验中提高微波功率,提高交换温度,增加交换液浓度,延长一次交换实验的时间可以明显的提高分子筛的离子交换度,但是增加离子交换次数对分子筛的离子交换度的影响并不明显。微波加热的水热离子交换实验中微波功率应选80W,交换温度选700C比较合适,交换液浓度应为0.5mol/L,一次离子交换时间应为15min,连续离子交换实验次数应为2次时分子筛的离子交换度就可以达到较高的水平（离子交换度≥90%）。在对比实验中可以看出使用微波加热进行水热离子交换实验可以大大的缩短水热离子交换实验的交换时间。在中断实验法考察微波加热离子交换实验的离子交换机理的实验中发现微波加热离子交换实验属于液膜扩散控制。二使用自制的ZSM-5分子筛为吸附剂吸附处理以甲苯为代表的VOCs气体,并考察自制ZSM-5分子筛的吸附与脱附工艺条件以及吸附与脱附的性能,并与常用的MCM-22分子筛的吸附与脱附性能作对比,在对比实验中可以看到自制ZSM-5分子筛对以甲苯为代表的VOCs气体的吸附与脱附性能均高于MCM-22分子筛。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 前言
• 1.1 沸石分子筛的研究进展
• 1.1.1 沸石分子筛简介
• 1.1.2 沸石分子筛的结构
• 1.1.3 沸石的合成方法
• 1.2 吸附分离法的研究进展
• 1.2.1 吸附分离法简介
• 1.2.2 吸附分离法的作用机理
• 1.2.3 吸附剂的商业应用
• 1.3 Li-X型分子筛的结构与性质
• 1.3.1 X型分子筛的晶体结构特点
• 1.3.2 X型分子筛骨架结构与骨架外阳离子分布
• 1.3.3 X型分子筛的研究现状
• 1.3.4 Li-X型分子筛的制备方法
• 1.3.5 Li-X型沸石分子筛的表征手段
• 1.3.6 Li-X型分子筛的应用
• 1.4 ZSM-5分子筛的性质及应用
• 1.4.1 ZSM-5分子筛的晶体结构
• 1.4.2 ZSM-5分子筛的功能特性
• 1.4.3 ZSM-5分子筛的应用进展
• 1.5 VOCs气体处理
• 1.5.1 VOCs气体简介
• 1.5.2 VOCs的处理方法
• 1.6 本论文的选题依据和主要内容
• 1.6.1 选题依据
• 1.6.2 主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 试剂与仪器设备
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 表征仪器与测定方法
• 2.2.1 分子筛的晶相表征-XRD
• +含量'>2.2.2 火焰光度计测定Na⁺含量
• 第三章 普通加热与微波加热水热离子交换制备Li-X型分子筛的合成及表征
• 引言
• 3.1 实验流程
• 3.1.1 普通加热水热离子交换实验流程
• 3.1.2 微波加热水热离子交换实验流程
• 3.2 检测方法
• 3.3 实验结果
• 3.3.1 普通加热水热离子交换实验结果
• 3.3.1.1 水热交换温度的影响
• 3.3.1.2 交换时间的影响
• 3.3.1.3 交换次数对交换度的影响
• 3.3.1.4 LiCl交换液浓度的影响
• 3.3.2 微波加热水热离子交换实验结果
• 3.3.2.1 微波功率对Li-X型分子筛交换度与结晶度的影响
• 3.3.2.2 交换温度对Li-X型分子筛交换度的影响
• +离子交换度的影响'>3.3.2.3 一次交换时间对Li⁺离子交换度的影响
• +交换度的影响'>3.3.2.4 交换次数对Li⁺交换度的影响
• +交换度的影响'>3.3.2.5 LiCl溶液浓度对Li⁺交换度的影响
• 3.4 小结
• 第四章 微波加热水热交换法的动力学分析
• 引言
• 4.1 实验流程
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 中断接触法判断微波离子交换控制机理
• 4.3 小结
• 第五章 晶种导向剂法合成小晶粒ZSM-5分子筛
• 引言
• 5.1 晶种导向剂法
• 5.2 晶种导向剂的制备
• 5.3 小晶粒ZSM-5分子筛的合成
• 5.4 小结
• 第六章 VOCs气体的吸附与脱附
• 引言
• 6.1 实验流程
• 6.2 分析方法
• 6.3 实验结果
• 6.3.1 床层高度对吸附效果的影响
• 6.3.2 吸附气体流速对吸附效果的影响
• 6.3.3 吸附温度对吸附效果的影响
• 6.3.4 进口甲苯质量浓度对吸附效果的影响
• 6.3.5 脱附温度对脱附效果的影响
• 6.3.6 脱附气体流速对脱附效果的影响
• 6.3.7 自制ZSM-5分子筛与MCM-22分子筛的吸附-脱附性能比较
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 致谢