一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，陶瓷蜂窝载体由堇青石加工而成的骨料60?90wt %和生料10?40wt%混合形成基本料，再加入基本料2?5wt%的粘结剂、5?10wt%的造孔剂、0.1?3wt%的润滑剂混料挤出成型得到蜂窝陶瓷体，分子筛的处理，配制分子筛浆料，将蜂窝陶瓷载体浸入分子筛浆料之中，吹去多余浆料、干燥，保温烧制得到分子筛浓缩转轮吸附填料；再浸入含有机硅表面活性剂或含氟碳表面活性剂的溶液中，后续60℃~200℃烘干，得到改性的疏水的分子筛浓缩转轮吸附填料。本发明不仅制备方法工艺简单，对设备厂房要求较低，易于实现产业化，且强度高、耐腐蚀好、挂膜性好、吸附能力强。
【专利说明】
一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种处理挥发性有机化合物(简称VOCs)的分子筛浓缩转轮填料的制备方法，属于环保、节能的技术领域。【背景技术】
[0002]VOCs是指在常温下饱和蒸汽压大于70Pa，常压下沸点在260 °C以下的有机化合物。 这类物质具有种类多、成分复杂、长期低剂量释放的特点，是一类对人体具有致癌、致畸、致突变性的化学物质，参与光化学反应，同时也是大气颗粒物形成的主要前提物质，对大气环境和人体伤害巨大。2010年5月，国务院办公厅办转发了环境保护部等部门《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见的通知》(国办发
[2010]33号)，首次从国家的层次上提出开展VOCs的污染防治工作。2013年9月12日国务院办公厅下发了《大气污染防治行动计划》，指出加大综合治理力度，减少多污染物排放，推进挥发性有机物污染治理。 因此如何治理VOCs的工作已经成为当代环境问题亟待解决的重大问题之一。
[0003]就目前来说，VOCs的治理控制方法主要可分为以下两类:回收法和分解法。一种是回收法就是将含有VOCs的气体通过冷凝的方法，将气态的VOCs转变成液态，然后进行收集重新利用的方法，一般只有在废气浓度较高，挥发性物质的价格较为昂贵，具有回收价值的情况下才会选用;二种是分解法是通过直接燃烧，蓄热燃烧以及催化燃烧的手段，将VOCs分解为H2〇和C〇2的方法。无论是米用回收法还是分解法，都存在较大的问题:回收法只能将其中很少一部分进行冷凝回收，效率很低;分解法使工业上排放的尾气大多浓度较低，相比较这两种方法，第三种催化燃烧法由于其起燃温度低，能耗较低，对设备的要求低等优点，是最为经济的一种燃烧方式。但燃烧法由于气量要求往往较大，因此要求燃烧室能够处理的风量足够高，无论是设备占地还是运行能耗都较高。分子筛浓缩转轮系统则能很好的解决这一问题。分子筛浓缩转轮系统的工作原理是:浓缩转轮以分子筛作为吸附材料，当含有低浓度VOCs的气体通过时，分子筛可将其中有机物吸附在上面，无机小分子成分直接通过，然后再用小风量的热风将分子筛上的有机物脱附，得到高浓度的VOCs气体，然后再根据实际的情况进行下一步的处理。无论是回收法还是分解法，该系统都适用。分子筛浓缩转轮系统的关键部件是吸附轮(转轮)，转轮是由分子筛作为吸附材料，涂敷在蜂窝陶瓷载体之上制作而成，其中部安装有旋转轴承，转轮上装有耐腐蚀、耐高温的气体密封垫，将转轮隔离成3 个区域:吸附处理区、脱附再生区以及冷却区。全套设备主要由废气过滤器、分子筛浓缩转轮、排气风机、以及热交换系统组成。专利CN102389773A提出了一种采用传统的抄纸法来制备分子筛浓缩转轮吸附填料的方法，但该方法所需要的设备较多，厂房面积比较大，而且成型难度较大，工艺过程复杂，不易实现。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中用传统的抄纸法来制备分子筛浓缩转轮吸附填料的方法所存在的问题，本发明提出了一种在陶瓷蜂窝载体上涂覆分子筛，然后进行疏水改性，得到疏水的分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，本发明制备方法工艺简单，对设备以及厂房要求较低，易于实现产业化。
[0005]本发明要解决的技术问题所取的技术方案是:所述处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，它包括以下步骤:a、陶瓷蜂窝载体的制备，陶瓷蜂窝载体由堇青石加工而成的骨料60_90wt %和按堇青石化学制配而成的生料10_40wt%混合形成基本料，再加入基本料2-5wt%的粘结剂，5-10wt%的造孔剂，0.l-3wt%的润滑剂混料练泥后，挤出成型，后续经过干燥、烧结得到蜂窝陶瓷载体，所述蜂窝陶瓷载体孔壁上布满孔洞，孔洞孔径在2-12M1之间，所述蜂窝陶瓷载体显气孔率在30-65%;所述生料由30-50tw%生滑石粉、15-30tw%Al2〇3粉和30-50tw%高岭土组成。
[0006]b、分子筛的处理，将不同种类的分子筛按照比例球磨制成混合料，再按混合料:磨球:水的重量比为1: (3?6): (3?10)进行球磨得到粒径为0.5-4M1的分子筛基料；c、配制分子筛浆料，将分子筛基料、硅溶胶、铝溶胶和水四种原料按下述重量比为(15 ?20): (10?15): (5?10): (60?65)混合机械搅拌后，得到分子筛衆料；d、吸附填料的制备，将蜂窝陶瓷载体浸入分子筛浆料之中，一段时间后取出，吹去多余浆料、干燥，保温烧制得到分子筛浓缩转轮吸附填料；e、分子筛浓缩转轮吸附填料的疏水改性，将步骤d所得到的分子筛浓缩转轮吸附填料， 浸入含有机硅表面活性剂或含氟碳表面活性剂的溶液中，其中有机硅表面活性剂和氟碳表面活性剂的质量分数分别为〇.1%_2%和0.01%_2%，一段时间后，取出，吹去多余浆液，后续在 60°0200°C烘干，得到改性的疏水的分子筛浓缩转轮吸附填料。
[0007]所述硅溶胶、铝溶胶用含量为1%?40%，水为R0水或蒸馏水，含有有机硅表面活性剂和氟碳表面活性的溶液为醇溶液(例如甲醇、乙醇、丙醇、乙醇在)或是以醇为主的混合溶液。
[0008]本发明所述的分子筛浓缩转轮吸附填料是处理VOCs气体用分子筛浓缩转轮系统的关键核心部件。
[0009]本发明还在生料中加入生料重量的平超过10%的石英粉或熔融石英。[0〇1〇]本发明所述制备分子筛浆料的分子筛可以是ZSM-5型分子筛，4A型分子筛，5A型分子筛，13X型分子筛或其他型号疏水分子筛。
[0011]本发明所述粘接剂优选羟丙基甲基纤维素(HPMC)，也可是其它似的有机粘接剂 (如环氧树脂等)；所述造孔剂优选聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或乙基甲基纤维素，也可是其它类似的造孔剂;所述润滑剂优选聚烯烃，也可是其它类似的润滑剂(如硅油、脂肪酸酰胺等)。
[0012]本发明所述蜂窝陶瓷载体的截面孔可以是三角孔、四方孔、六角孔、或波纹孔，孔目数在50-400目之间，蜂窝壁厚在0.25-0.70mm之间。
[0013]本发明所述分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法与现有技术相比:其技术方案的创新之处在于:一是采用蜂窝陶瓷作为分子筛的载体，一方面是避免了传统方法中载体制造所存在的问题，二方面又可制成表面具有网状分布的孔洞，可大大提高分子筛的孔隙率和吸附表面积的分子筛载体，二是采用不同分子筛制成的混合料与硅溶胶、铝溶胶和水制成的分子筛浆料作为分子筛表面的吸附层，使分子筛表面层具有强度高、耐腐蚀、挂膜性好等特点，所述生料采用生滑石粉、Al2〇3粉、高岭土和石英粉原料配制且平均粒径为2M1-40M1，离散度或径距<3.0。 [〇〇14]三是用有机硅活性剂或氟碳表面活性剂对分子筛进行了改性处理，使分子筛表面活性大大提高，活性分布更均匀，吸附与再生能力增强。
[0015]综合上述，本发明与现有技术相比:不仅制备方法工艺简单，对设备以及厂房要求较低，易于实现产业化，而且制得的分子筛浓缩转轮吸附填料强度高、耐腐蚀好、挂膜性好、 吸附能力强。【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例，对本发明作进一步的具体说明:实施例1:所述方法步骤是:1.蜂窝陶瓷载体的制备，用堇青石加工而成的骨料70%，按堇青石化学成份配制的生料 30%混合形成基本料，再加基本料重量5%的羟丙基甲基纤维素(HPMC)粘结剂，10%的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)造孔剂，1%的聚a-烯烃润滑剂，混料练泥后，挤出成型，后续经过干燥，烧结，得到蜂窝陶瓷载体。该载体孔壁上布满孔洞，孔径要求在4-12wii之间，D50在8mi左右，离散度彡1.4，显气孔率在30%-65%;所述生料由40tw%生滑石粉、20tw%Al2〇3粉和40tw%高岭土组成。[0〇17]2.球磨分子筛，按质量比6: 2: 2称取ZSM-5分子筛，4A分子筛，13X分子筛制成混合料，再按混合料:磨球:水的重量比例为1:4:9,然后进行高速球磨，至分子筛的粒径约为2y m；3.配制分子筛浆料，按照分子筛:硅溶胶:铝溶胶:水=15:14:6:65的比例称取原料，机械搅拌30min后，得到分子筛浆料；4.分子筛的负载，将蜂窝状陶瓷载体浸入分子筛浆料中，待载体被完全浸润后，将蜂窝陶瓷取出，吹去孔道中的多余浆液，干燥后，放入电炉中500°C保温2h，得到分子筛浓缩转轮吸附填料；5.填料的疏水改性，配制质量分数为0.05%的氟碳表面活性剂的溶液，将步骤4得到的填料浸渍该溶液中，l〇min后，取出，吹去多余液体，250°C干燥，得到疏水改性的分子筛浓缩转轮吸附填料。[0〇18]实施例2:所述方法步骤是:1.用堇青石加工而成的骨料80%，按堇青石化学组成配制的生料20%混合形成基本料， 再加基本料重量3%的羟丙基甲基纤维素(HPMC)粘结剂，8%的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)造孔剂，2%的聚a-烯烃润滑剂，混料练泥后，挤出成型，后续经过干燥，烧结，得到蜂窝陶瓷载体， 该载体孔壁上布满凹洞，孔径要求在4-12mi之间，D50在8mi左右，离散度彡1 ? 4，显气孔率在 30%-65%;所述生料由35tw%生滑石粉、30tw%Al2〇3粉和35tw%高岭土组成。[0〇19]2.球磨分子筛，按质量比5: 3: 2称取ZSM-5分子筛，5A分子筛，13X分子筛制成混合料，再按混合料:磨球:水的重量比例1:5:7,然后进行高速球磨，至分子筛的粒径约为lwii;3.配制分子筛浆料，按照分子筛:硅溶胶:铝溶胶:水=20:14:6:60的比例称取原料，机械搅拌30min后，得到分子筛浆料；4.分子筛的负载，将蜂窝状陶瓷载体浸入分子筛浆料中，待载体被完全浸润后，将蜂窝陶瓷取出，吹去孔壁中的多余浆液，干燥后，放入电炉中500°C保温2h，得到分子筛浓缩转轮吸附填料；5.填料的疏水改性，配制质量分数为0.1%的氟碳表面活性剂的溶液，将步骤4得到的填料该溶液中，l〇min后，取出，吹去多余液体，250°C干燥，得到疏水改性的分子筛浓缩转轮吸附填料。[0〇2〇]实施例3:所述方法步骤是:1.蜂窝陶瓷载体的制备，用堇青石加工而成的骨料(粉)85%，按堇青石化学组成配制的生料(粉)15%混合形成基本料，再加基本料重量2%的环氧树脂粘结剂，6%的乙基甲基纤维素造孔剂，0.5%的有机硅油润滑剂，混料练泥后，挤出成型，后续经过干燥，烧结，得到蜂窝陶瓷载体。该载体孔壁上布满孔洞，孔径要求在4-12wii之间，D50在8wii左右，离散度<1.4,显气孔率在30%-65%;所述生料由45tw%生滑石粉、25tw%Al2〇3粉和30tw%高岭土以及占上述三种原料重量6%的石英粉组成。[0021 ]2.球磨分子筛，按质量比7:3称取ZSM-5分子筛，13X分子筛制成混合料，再按混合料:磨球:水的重量为1:6:4,然后进行高速球磨，至分子筛的粒径约为0.5mi;3.配制分子筛浆料，按照分子筛:硅溶胶:铝溶胶:水=18:12:8:63的比例称取原料，机械搅拌30min后，得到分子筛浆料；4.分子筛的负载，将蜂窝状陶瓷载体浸入分子筛浆料中，待载体被完全浸润后，将蜂窝陶瓷取出，吹去孔道中的多余浆液，干燥后，放入电炉中500°C保温2h，得到分子筛浓缩转轮吸附填料；5.填料的疏水改性，配制质量分数为0.5%的有机硅表面活性剂的溶液，将步骤4得到的填料浸渍该溶液中，lOmin后，取出，吹去多余液体，250°C干燥，得到疏水改性的分子筛浓缩转轮吸附填料。[〇〇22]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，其特征在于:它包括以下步 骤:a、陶瓷蜂窝载体由堇青石加工而成的骨料60-90wt %和按堇青石化学成份配制的生料 10-40wt%混合形成基本料，再加入基本料2-5wt%的粘结剂、5-10wt%的造孔剂、0.l-3wt°/〇的 润滑剂混料练泥后，挤出成型，后续经过干燥、烧结得到蜂窝陶瓷载体，所述蜂窝陶瓷载体 孔壁上布满孔洞，所述孔洞孔径在2-12wii之间，所述蜂窝陶瓷载体显气孔率在30-65%;所述 生料由30-50tw%生滑石粉、15-30tw%Al2〇3粉和30-50tw%高岭土组成；b、分子筛的处理，将不同种类的分子筛按照比例球磨制成混合料，再按混合料:磨球: 水的重量比为1: (3?6): (3?10)进行球磨得到粒径为0.5-4mi的分子筛基料；c、配制分子筛浆料，将分子筛基料、硅溶胶、铝溶胶和水四种原料按下述重量比为(15 ?20): (10?15): (5?10): (60?65)混合机械搅拌后，得到分子筛衆料；d、吸附填料的制备，将蜂窝陶瓷载体浸入分子筛浆料之中，一段时间后取出，吹去多余 浆料、干燥，保温烧制得到分子筛浓缩转轮吸附填料；e、分子筛浓缩转轮吸附填料的疏水改性，将步骤d所得到的分子筛浓缩转轮吸附填料， 浸入含有机硅表面活性剂或含氟碳表面活性剂的溶液中，其中有机硅表面活性剂和氟碳表 面活性剂的质量分数分别为〇.1%_2%和0.01%_2.0%，一段时间后，取出，吹去多余浆液，后续 60°0200°C烘干，得到改性的疏水的分子筛浓缩转轮吸附填料。2.根据权利要求1所述的一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，其特 征是:所述生料中加入不超过生料重量10%的石英粉。3.根据权利要求1或2所述的一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，其 特征是:所述粘接剂为羟丙基甲基纤维素或乙基甲基纤维素;所述造孔剂为聚甲基丙烯酸 甲酯;所述润滑剂为聚烯烃。4.根据权利要求1或2所述的一种处理VOCs用分子筛浓缩转轮吸附填料的制备方法，其 特征是:所述蜂窝陶瓷载体的截面孔可以是三角孔、四方孔、六角孔、或波纹孔，孔目数在 50-400目之间，蜂窝壁厚在0.25-0.70mm之间。
【文档编号】B01D53/06GK105944665SQ201610448846
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】吴汉阳, 汪浩, 路永强, 吴跟洋
【申请人】江西博鑫精陶环保科技有限公司