常用VOCs吸附材料介绍

HAPPY NEW YEAR

可用于VOCs气体捕集的吸附剂主要为多孔材料，如活性炭、活性炭纤维、硅藻土、介孔二氧化硅、金属有机骨架（MOFs）以及分子筛等，下面分别介绍下相关吸附材料特性。

活性炭和活性炭纤维属于炭基多孔材料，吸附容量大、耐酸碱且成本低廉，是应用最为广泛的吸附剂材料， 然而其丰富的表面基团易于与VOCs分子发生化学吸附或形成稳定的氢键，解吸/脱附不彻底，且炭基材料不耐高温导致再生困难； 硅藻土是由无定形水合二氧化硅组成的硅藻壳，水热稳定性差且主要为大孔结构，不利于低浓度下的VOCs气体吸附； 介孔二氧化硅同样受限于自身较大的介孔孔道，对动力学直径较小的VOCs分子吸附结合力相对较弱，富集低浓度VOCs气体能力较差； 金属有机骨架化合物（MOFs）是一种新兴的多孔材料，对VOCs分子具有较高的吸附容量，但其前驱体制备成本高，合成时需使用大量的有机溶剂，且热稳定性差，目前尚处于基础研发阶段； 沸石分子筛是一种人工合成的结晶态的硅酸盐，具有在分子尺寸上高度有序、孔径可调的微孔孔道，骨架结构丰富，可根据VOCs分子大小进行选择性吸附，且分子筛热稳定性好，易于再生。目前，分子筛已广泛用于工业上吸附/分离过程，其中分子筛转轮技术已成功应用于工业排放VOCs气体的吸附捕集。

分子筛是[TO4]（T：Si、Al、Ti、Sn 等）四面体结构单元按特定方式连接形成的骨架拓扑结构。 截至2016年，国际分子筛 （IZA-SC）公布了231 种分子筛的骨架拓扑结构（通常采用三个字母形式来表示，如CHA、MFI、FAU 等），丰富多样的骨架拓扑决定了分子筛具有多变的孔道结构（尺寸、维度以及联通性）和独特的笼结构， 常见的分子筛孔道尺寸分布在0.35 ~ 0.9 nm之间，基本上与VOCs分子尺寸相对应，而笼结构提供了VOCs分子的吸附空间，使其具有高吸附容量。因此，对于特定VOCs的捕集，可以选择孔径与其动力学直径相匹配的分子筛吸附剂，减弱分子扩散和努森扩散效应的影响，提高孔内吸附速率，加强VOCs 分子在孔/笼内的有效吸附，提高分子筛吸附剂对VOCs 分子的吸附容量。

由上图可见，对于不同动力学直径的VOCs分子，可选择与之孔径相匹配的分子筛进行吸附捕集。