通常自然界存在的結(jié)晶型硅鋁酸鹽稱為沸石，人工合成的稱為分子篩。1959年，美國聯(lián)合碳化物公司密爾頓博士申請的第一個人工合成分子篩的專利被批準(zhǔn)下來，此后人工沸石分子篩得到更加廣泛的應(yīng)用。

一、沸石的特點淺談

沸石分子篩利用物理吸附，將VOCs吸附到分子篩內(nèi)部，再通過升高溫度使得VOCs逸出，完成吸附和脫附的全過程。

沸石分子篩主要是利用吸附質(zhì)的分子形狀和大小，以及分子極性和不飽和度來進行選擇性吸附。

特點1：選擇吸附。通過對二氧化硅和氧化鋁極有規(guī)律的連接，沸石分子篩微孔具有均勻性，使得其吸附具有選擇性。雖然沸石分子篩沒有活性炭或硅膠、樹脂等吸附物質(zhì)的種類廣泛，但是對目標(biāo)污染物的吸附效率大大提高。

特點2：種類繁多。沸石分子篩中硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連而形成分子尺寸（通常為0.3nm至2.0 nm）的孔道和空腔體系，具有篩分分子的特性。氧環(huán)通過氧橋連結(jié)，形成具有三維空間的多面體，多面體有中空的籠，籠狀結(jié)構(gòu)是分子篩的骨架結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的籠再通過氧橋相互聯(lián)結(jié)形成各種不同結(jié)構(gòu)的分子篩，如A型、ZSM-5等。

特點3：性能可優(yōu)化。改變二氧化硅和氧化鋁的比例，可以調(diào)節(jié)分子篩的吸附能力。高硅沸石分子篩顯著改變其疏水性，同時也改變了其耐溫性。實現(xiàn)了對VOCs工況的適應(yīng)性擴展。減小高濕環(huán)境以及環(huán)境溫度變化對吸附濃縮效果的影響。在沸石晶體的構(gòu)造中存在離子（鈉、鉀、鈣等），通過陽離子的交換，可以改變孔徑，從而更高效的吸附目標(biāo)污染物。

特點4：安全性。沸石材料本身不可燃，在應(yīng)用的安全性上有保障。

二、沸石分子篩的應(yīng)用類型

從沸石分子篩的合成到集成裝置的應(yīng)用，其核心在于不同類型沸石分子篩的選擇吸附以及負載工藝的優(yōu)化。

01盤式轉(zhuǎn)輪

盤式沸石轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分區(qū)為吸附區(qū)、再生區(qū)以及冷卻區(qū)三個部分。一般都是10：1：1的分區(qū)比例，也有采用45°脫附區(qū)和45°冷卻區(qū)。

吸附區(qū)：廢氣迎風(fēng)面，一般風(fēng)速控制在2-4Nm/s，凈化效率一般在90-97%。凈化氣進入煙囪。

冷卻區(qū)：一般采用制程氣進行冷卻，一方面降低冷卻區(qū)沸石的溫度，使其具有吸附性；另一方面實現(xiàn)熱能回收。

脫附區(qū)：將經(jīng)過熱回收的氣體，再進行加熱溫度到200℃左右，進入脫附區(qū)。脫附再生的風(fēng)量一般是進氣的10-20倍。當(dāng)進行高溫再生，最高溫度可達到300℃左右，需要在設(shè)計時選擇高溫再生型轉(zhuǎn)輪。

02筒式轉(zhuǎn)輪

筒式沸石轉(zhuǎn)輪除了材料加工上的差異，從結(jié)構(gòu)上和盤式有很大的區(qū)別，利用模塊化沸石材料填充成筒狀結(jié)構(gòu)，來實現(xiàn)VOCs的吸附濃縮。

結(jié)構(gòu)分區(qū)上沒有了盤式的冷卻區(qū)，當(dāng)濃縮倍率一樣的話，其脫附能耗高于盤式轉(zhuǎn)輪。筒式轉(zhuǎn)輪的濃縮倍率最高可以做到50倍，濃縮倍率越高其搭配的燃燒裝置或其他就規(guī)格越小，還有其模塊化沸石，便于安裝和維護，也是設(shè)備的一大特點。

03固定床沸石分子篩

不論筒式轉(zhuǎn)輪或盤式轉(zhuǎn)輪，其應(yīng)用場景都要求工況具有連續(xù)性。因此在固定床活性炭發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過改變吸附材料，形成了固定床的蜂窩沸石分子篩吸附床。目前少量應(yīng)用在市場。由于沸石分子篩的特性，其動態(tài)吸附容量遠小于活性炭，且脫附溫度高（250℃左右）。采用固定床系統(tǒng)對閥門的氣密性、固定床的保溫、脫附溫升的控制等方面都加大了系統(tǒng)復(fù)雜。固定床沸石系統(tǒng)的應(yīng)用，還需要積累經(jīng)驗和優(yōu)化難點解決方案。

三、總結(jié)

盡管目前沸石轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)已經(jīng)成為全球公認的最高效的吸附濃縮技術(shù)，也不得不承認其本身具備一定的局限性。比如廢氣的組分復(fù)雜，很多工況難以明細其廢氣的真實濃度、組分或其濃度、組分具有變化性，沸石的應(yīng)變能力就捉襟見肘。

沒有萬能的設(shè)備或工藝，適合的才是最好的。針對大風(fēng)量、低濃度，連續(xù)工況，常規(guī)VOCs，轉(zhuǎn)輪的吸附濃縮是最佳的工藝選擇。隨著沸石分子篩、活性炭纖維、樹脂等吸附材料的研究與發(fā)展，未來市場的VOCs治理工藝更加繁多，優(yōu)化出合適工況的組合工藝，從投資和運行以及安全綜合解決末端VOCs治理問題。