[发明专利]一种用于吸附VOCs的高硅ZSM-5分子筛及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种用于吸附VOCs的高硅ZSM‑5分子筛及其制备方法与应用，高硅ZSM‑5分子筛的制备方法包括以下步骤：1)将碱源、模板剂、铝源、pH缓冲剂、硅源及ZSM‑5分子筛晶种加入至水中并混合均匀，得到凝胶；2)将步骤1)中的凝胶置于水热釜中进行高温老化，之后再进行水热晶化，后经过滤、洗涤、干燥，即得到高硅ZSM‑5分子筛。与现有技术相比，本发明在合成过程中可使硅更好地进入骨架，提高硅的利用率，并可通过投料配比对产物硅铝比进行可控调节，制备得到的高硅ZSM‑5分子筛中阳离子(钠离子、钾离子或有机胺离子)含量低，硅铝比高于200，疏水性强，对大风量、低浓度、高湿度的VOCs废气的吸附净化表现出优异的性能。

技术领域

本发明属于高硅ZSM-5分子筛合成技术领域，涉及一种用于吸附VOCs的高硅ZSM-5分子筛及其制备方法与应用。

背景技术

挥发性有机物(VOCs)是指在常温下饱和蒸气压大于70Pa的有机化合物，包括烃、醛、酮、醇、醚、酯等多种有机物，主要来自石油化工、涂料、喷漆、印刷、橡胶、农药等各种化工生产过程。VOCs排入大气中即使在较低的浓度下也会破坏大气中的臭氧层，对人体的呼吸系统等产生刺激作用，严重时会诱发人体病变。目前，吸附法是常用的VOCs净化方法之一，其工艺成熟、操作简单、运行成本低、净化效率高。在VOCs吸附净化工艺中常用的吸附剂为活性炭吸附剂和分子筛吸附剂。其中，活性炭在吸附过程中易燃，且脱附再生困难，难以适应复杂多变的工业废气净化工况；而沸石分子筛具有规整的孔道结构和一定大小的孔道体系，从而具有大的比表面积和吸附容量，作为吸附剂在小分子有效捕获、过渡态分子和产物的有效分离等方面得到广泛应用。然而，VOCs废气一般湿度较大，水与VOCs会造成竞争吸附。高硅铝比分子筛亲油疏水，可以在高湿环境中吸附大量有机物。因此，高硅铝比分子筛吸附剂在VOCs废气净化处理领域具有良好的应用前景。

ZSM-5型分子筛在1972年由Mobil公司开发，拥有两种交叉十元环孔道，即孔径为0.54nm×0.56nm的十元环直孔道及孔径为0.51nm×0.54nm的十元环正弦孔道，其硅铝比可在较大范围内改变，可自富铝直至全硅。ZSM-5分子筛因其特殊的孔道结构、硅铝比的可调性大、亲油疏水特性、热稳定性和催化活性高的特点，在石油化工行业具有广泛应用。N(SiO₂/Al₂O₃)比高于200的ZSM-5分子筛因具有较高的疏水亲油性质，在环境保护方面具有广泛应用，如污水中有机物提取、挥发性有机物的吸附。

高硅铝比的ZSM-5分子筛在化工生产过程具有更广泛的应用，但其直接合成较困难，一般需要在合成体系中添加有机模板剂。

US3941871A和US4061724A报道了利用有机胺作为模板剂，制备出高硅ZSM-5分子筛，体系中需加入镍、锌等金属元素，由于铝以杂质形式存在于硅源中，分子筛中硅铝比难以实现可控制备，晶化温度较高、晶化时间长、能耗及成本高。

CN108862311A报道了利用烷基铵类为模板剂，将硅源、碱源及ZSM-5晶种混合进行制备，体系中未额外加入铝源，分子筛中的铝以杂质的形式被引入，硅铝比较难控制，且分子筛焙烧后利用盐酸、硝酸等酸浸处理，再经铵交换后，制备得到高硅H-ZSM-5分子筛，用于VOC降解，其晶化时间长，收率低，制备工艺复杂，成本较高。

CN101898767B报道了以水玻璃为硅源，有机胺为模板剂，在体系中加入导向剂制备出硅铝比大于100的高硅ZSM-5分子筛，但体系中需要添加硫酸或盐酸调节体系碱度，且制备的ZSM-5分子筛的硅铝比基本不超过200。

CN1057066C报道了以固体硅胶为硅源，以乙胺或正丁胺等为模板剂，经过一定温度老化后，再高温晶化得到硅铝比为100-600的ZSM-5分子筛，但其结晶度较低，且未晶化的固体硅源与产品较难分离。