一种voc净化分离方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种VOC净化分离方法。
【背景技术】
[0002]随着现代化工业和社会经济的快速发展，人们的物质生活水平不断提高，与此同时，环境污染问题越来越严重，尤其是空气污染问题，直接破坏生态系统且危害人类身体健康。VOC (挥发性有机化合物)是主要的空气污染物之一，主要来源于石油化工、工业溶剂、垃圾处置、交通运输、油漆、涂料和印染等行业，是PM2.5的主要前体物。国家政府及环保部门已对其带来的环境污染问题高度重视，VOC的排放标准正在不断加严。因此，治理VOC的污染问题已经迫在眉睫。
[0003]目前VOC的处理方法主要有物理法、化学法和生物法，其中物理法包括冷凝法、吸收法、膜分离法和吸附法等，化学法主要包括催化燃烧法，直接燃烧法和光催化法。吸附法和催化燃烧法操作简便，能耗低，净化效率高，适用性强且环境友好，受到人们的广泛关注。
[0004]张德麟等人发明了一种能消除挥发性有机化合物的空气过滤装置(中国申请号200510025201.8，公开号CN1853759A)，VOC在纳米二氧化钛的光催化作用下被快速有效地分解，达到过滤空气的目的。沙昊雷等人的专利申请一种VOC废气的电-生物滴滤净化装置(中国申请号201410004705.0，公开号CN103736374A;中国申请号201410152496.4，公开号CN103920377A)中公开了一种利用电催化和微生物反应协同净化废气污染物的方法，该方法使VOC的降解效率大幅度提高。仲兆祥，张峰等人发明了一种膜法空气净化器(中国申请号201410756508.4，公开号CN104534567A)，在光源作用下，采用超细纳米光催化材料改性活性炭对VOC进行吸附和分解，以此实现对空气的全方位净化。在郦宏的专利申请一种用于处理VOC有机废气的多相强氧催化反应成套设备(中国申请号201510574741.5，公开号CN105107348A)中，VOC有机废气先经漆雾分离，再在改性强氧水的作用下进行强氧分解，最后从出口排出。目前尚未见到采用将吸附与催化耦合于一体，能够降低床层传质传热阻力，提高吸附速率和反应接触效率的结构化固定床净化分离空气中VOC的方法。
[0005]本发明针对现有VOC净化工艺存在的问题和不足，提出一种VOC净化分离新技术，从而为目前治理空气中VOC的污染问题提供一种有效的解决方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对VOC净化方法的不足，提供一种新的VOC净化分离方法。本方法使流体流动更加均匀，床层阻力得到有效降低，传质传热效率得到显著强化，吸附速率和反应接触效率得到明显提高，实现对空气中VOC有机废气的综合净化。
[0007]本发明的目的通过以下技术方案实现:
[0008]一种VOC净化分离方法，将含有VOC有机废气的空气通过吸附与催化耦合于一体的结构化固定床进行净化分离，实现对空气的净化。所述结构化固定床的结构示意图如图1所不O
[0009]所述结构化固定床进行吸附操作时气体流速为I?4L/min，操作温度为10?50°C，压力为0.1?0.6MPa;进行催化操作时气体空速为3000?20000h—1，操作温度为150?400°C，压力为0.1?0.3MPa。
[0010]所述VOC有机废气为甲烷、乙烷、丙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种。
[0011]所述结构化固定床中装填有颗粒材料和梯度材料;所述颗粒材料为颗粒分子筛吸附剂、颗粒分子筛催化剂、颗粒活性炭吸附剂或颗粒活性炭催化剂中的一种以上;所述梯度材料为纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜吸附材料、纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜催化材料，微纤包覆分子筛吸附材料、微纤包覆分子筛催化材料、微纤包覆活性炭吸附材料或微纤包覆活性炭催化材料中的一种以上。
[0012]所述催化剂负载有金属氧化物，所述金属氧化物为能够催化VOC有机废气的金属氧化物。
[0013]所述颗粒分子筛吸附剂和颗粒分子筛催化剂中分子筛为LTA型、MFI型或FAU型。
[0014]所述纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜吸附材料和纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜催化材料中分子筛膜为LTA型、MFI型或FAU型。
[0015]所述微纤包覆分子筛吸附材料和微纤包覆分子筛催化材料中分子筛为LTA型、MFI型或FAU型。
[0016]所述VOC有机废气中甲烷、乙烷或丙烷采用以下能够去除相应烷烃的吸附剂/吸附材料或催化剂/催化材料去除:颗粒分子筛吸附剂、颗粒分子筛催化剂、颗粒活性炭吸附剂、颗粒活性炭催化剂、纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜吸附材料、纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜催化材料，微纤包覆分子筛吸附材料、微纤包覆分子筛催化材料、微纤包覆活性炭吸附材料和/或微纤包覆活性炭催化材料;所述颗粒分子筛吸附剂和颗粒分子筛催化剂中分子筛为LTA型、MFI型或FAU型;所述纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜吸附材料和纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜催化材料中分子筛膜为LTA型、MFI型或FAU型;所述微纤包覆分子筛吸附材料和微纤包覆分子筛催化材料中分子筛为LTA型、MFI型或FAU型。
[0017]所述VOC有机废气中二氯甲烷、三氯甲烷、异丙醇、丙酮、乙酸乙酯、苯、甲苯或二甲苯采用以下能够去除相应物质的吸附剂/吸附材料或催化剂/催化材料去除:颗粒分子筛吸附剂、颗粒分子筛催化剂、颗粒活性炭吸附剂、颗粒活性炭催化剂、纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜吸附材料、纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜催化材料，微纤包覆分子筛吸附材料、微纤包覆分子筛催化材料、微纤包覆活性炭吸附材料和/或微纤包覆活性炭催化材料;所述颗粒分子筛吸附剂和颗粒分子筛催化剂中分子筛为MFI型或FAU型;所述纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜吸附材料和纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜催化材料中分子筛膜为MFI型或FAU型;所述微纤包覆分子筛吸附材料和微纤包覆分子筛催化材料中分子筛为MFI型或FAU型。
[0018]在结构化固定床中，颗粒材料与颗粒材料间需填充梯度材料，优选为不同的颗粒材料间需填充梯度材料。在净化分离时，颗粒材料装填在进气端。
[0019]吸附/催化同一种VOC有机废气时，优选，将颗粒材料与梯度材料进行配合使用。
[0020]所述颗粒材料与梯度材料按照各自按照一定的厚度进行装填。
[0021]所述纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜，微纤包覆分子筛和微纤包覆活性炭复合材料根据专利申请(中国申请号201210220588.2，公开号CN102728234A;中国申请号201310383259.4，公开号CN103432988B;中国申请号200710026410.3，公开号CN101007270A)中的制备方法来制备。
[0022]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0023](I)本发明的方法工艺流程简单，操作方便，工艺安全性高，所需设备投资少，能耗低，净化效率高；
[0024](2)本发明通过由不同的结构化梯度材料所形成的将吸附与催化耦合于一体，且具有多种功能的结构化固定床对VOC有机废气进行吸附与催化操作，净化分离空气中的VOC ；
[0025](3)本发明的方法所采用的结构化固定床可根据具体功能需求按照一定的厚度比例装填不同的结构化梯度吸附和催化材料，不仅适用于净化分离空气中的V0C，也适用于净化空气中的C0、N0x和SOx等其他有毒有害物质；
[0026](4)本发明的方法所采用的将吸附与催化耦合于一体的结构化固定床可以显著降低床层压降，强化传质传热效率，提高吸附速率和反应接触效率，还可以有效减少颗粒吸附/催化剂的磨损，降低成本，为解决传统颗粒填充固定床所存在的问题提供有效的解决途径。
【附图说明】
[0027]图1为本发明的吸附与催化耦合于一体的结构化固定床的结构示意图；其中a_颗粒材料;b、颗粒材料和/或梯度材料;c、梯度材料；
[0028]图2为实施例1中苯在结构化固定床及颗粒固定床上的吸附透过曲线图；
[0029]图3为实施例2中异丙醇在不同床层结构的固定床上的吸附透过曲线图；其中GAC为颗粒活性炭;ZSM-5/PSSF为纸状梯度化金属微纤复合ZSM-5分子筛膜；
[0030]图4为实施例3中在不同床层结构的固定床上异丙醇转化率随温度的变化曲线图；其中，Co203/ZSM-5为Co203/ZSM-5分子筛颗粒;Co203/ZSM-5/PSSF为纸状梯度化金属微纤复合C02O3/ZSM-5分子筛膜；
[0031]图5为实施例3中不同床层结构固定床的床层压降随异丙醇气体流速的变化曲线图；其中，Co203/ZSM-5为Co203/ZSM-5分子筛颗粒;Co203/ZSM_5/PSSF为纸状梯度化金属微纤复合C02O3/ZSM-5分子筛膜。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。
[0033]实施例1
[0034]将含有4.6π^/1苯污染物的空