本發(fā)明涉及一種用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑及其制備方法，具體的說是一種通過摻雜fe元素改性介孔硅鋁分子篩的吸附劑及其制備方法，特別適用于vocs處理吸附裝置中的吸附劑及其制備方法，屬于環(huán)境保護(hù)與節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
揮發(fā)性有機(jī)化合物簡(jiǎn)稱vocs(volatileorganiccompounds)，是指在常溫下飽和蒸氣壓大于70pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以內(nèi)的有機(jī)化合物，主要包括脂肪烴、芳香烴、鹵代烴、醇、醛、酮、醚、酯等，主要來自石油化工、涂料、藥物合成、橡膠等生產(chǎn)過程，以及印刷、烤漆、電子元器件的脫脂、膠片織物涂層等工藝中。這些有機(jī)廢氣多數(shù)易燃易爆，且常伴有異味、惡臭散發(fā)在空氣中，對(duì)人的眼、鼻、呼吸道系統(tǒng)產(chǎn)生刺激作用，甚至可誘發(fā)人體癌變、突變。通過研究和使用清潔生產(chǎn)工藝流程和改進(jìn)設(shè)備，我們可以減少甚至消除vocs排放。然而由于受生產(chǎn)技術(shù)水平限制，目前許多行業(yè)在生產(chǎn)過程中仍不可避免地會(huì)向環(huán)境排放或泄漏各種不同濃度的有機(jī)廢氣，這時(shí)候就應(yīng)當(dāng)考慮采用回收或銷毀技術(shù)來控制這些有機(jī)廢氣的排放。vocs的凈化方法主要有吸附法、燃燒法、生物凈化法、電暈法和等離子體凈化法等，根據(jù)vocs的種類、濃度、風(fēng)量、可回收價(jià)值等性質(zhì)，選擇不同的處理方法，才能更好的控制vocs的污染。其中吸附法因其去除效率高，凈化徹底，能耗低，工藝成熟，能回收溶劑，易于推廣實(shí)用等特點(diǎn)廣泛的適用于低濃度vocs的回收或回收再處理工藝中。
吸附法的應(yīng)用關(guān)鍵在于選擇合適的吸附材料作為吸附劑。目前，吸附量大、易脫附的活性炭吸附法被認(rèn)為是一條經(jīng)濟(jì)、合理的工藝路線。然而在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，vocs廢氣通常含有水蒸汽，活性炭吸附性能受水氣影響較大，再生困難、易產(chǎn)生二次污染、特別是在吸附飽和后的熱氣流再生過程中易發(fā)生火災(zāi)，不符合現(xiàn)今的安全生產(chǎn)要求。為此，在國(guó)家環(huán)?？偛?008年出臺(tái)的《國(guó)家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)境保護(hù)技術(shù)目錄》中，對(duì)低濃度、大風(fēng)量有機(jī)廢氣的處理強(qiáng)調(diào)要求采用不可燃、耐高溫的分子篩為吸附材料。
本發(fā)明涉及的分子篩均為介孔硅鋁酸鹽分子篩材料，分子篩是結(jié)晶態(tài)的硅酸鹽和硅鋁酸鹽，由硅氧四面體或鋁氧四面體通過氧橋鍵相連，形成3～5nm的孔道和空隙體系，具有篩分分子的特性。分子篩骨架結(jié)構(gòu)有大小一致的氧環(huán)，其孔徑分布較窄，結(jié)晶分子篩的吸附等溫線大多屬于langrnuir類型，也即是說，分子篩在非常低的吸附分壓下，吸附就可以完全達(dá)到飽和狀態(tài)。分子篩的比表面積大，孔徑分布均勻，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)械性能高，耐高溫，易再生，且表面存在豐富的酸-堿中心，可以通過調(diào)節(jié)材料的親水和疏水性來控制其吸附性質(zhì)，因此作為吸附劑或催化劑在小分子有效捕獲、擇形催化、過渡態(tài)分子和產(chǎn)物分子的有效分離等方面得到廣泛應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種具有大比表面積、大孔容、吸附選擇性好、機(jī)械強(qiáng)度好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、來源廣、容易再生和再利用用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑及其制備方法。
本發(fā)明解決以上技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
一種用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑的制備方法，包括以下步驟：
(一)將異丙醇鋁(al(opri)3)、硝酸鐵(fe(no3)3)依次加入到含有乙酰丙酮(acac)的乙醇中，攪拌均勻，將得到的混合物回流1-2h，異丙醇鋁(al(opri)3)、硝酸鐵(fe(no3)3)和乙酰丙酮(acac)的摩爾比為：異丙醇鋁(al(opri)3)：硝酸鐵(fe(no3)3)：乙酰丙酮(acac)＝(0.03-0.05)：(0.01-0.02)：(0.2-1)；
㈡在步驟(一)所得混合物中加入硅酸四乙酯，硅酸四乙酯加入的量與異丙醇鋁(al(opri)3)、硝酸鐵(fe(no3)3)、乙酰丙酮(acac)摩爾比是(0.9-1.0)：(0.03-0.05)：(0.01-0.02)：(0.2-1)；
(三)配制十六烷基三甲基溴化銨(ctab)、氨水(nh3·h2o)、水(h2o)的混合溶液，十六烷基三甲基溴化銨(ctab)、水和氨水的摩爾比為：十六烷基三甲基溴化銨(ctab)：水(h2o)：氨水(nh3·h2o)＝(0.4-0.6)：(130-200)：(2-4)；
㈣在攪拌中將步驟㈡制成的混合溶液滴加入步驟(三)制成的混合溶液成形成溶膠，溶膠的摩爾比組分為：氧化硅：十六烷基三甲基溴化銨：水：氨水：異丙醇鋁：硝酸鐵：乙酰丙酮＝(0.8-1.0)：(0.4-0.6)：(130-200)：(2-4)：(0.03-0.05)：(0.01-0.02)：(0.2-1)；保持溶膠的ph值為9-11，室溫?cái)嚢?-2.5h，溶膠經(jīng)過離心機(jī)離心和干燥，500-550℃焙燒(使用馬弗爐)2-3h左右，保溫3-4h，得介孔硅鋁分子篩吸附劑。
如權(quán)利要求1所述制備方法制得的用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑，其特征在于：其質(zhì)量百分比組分為：sio2：80％-85％，al：8％-12％，fe：2％-3％，余量為不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明采用相對(duì)簡(jiǎn)單快速的溶膠—凝膠法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水熱法來合成介孔硅鋁分子篩，為了避免異丙醇鋁的自凝聚，在合成過程中加入了乙酰丙酮。與硅酸四乙酯(teos)相比，異丙醇鋁因?yàn)樽阅鄣木壒?，水解速度要快得多。在乙酰丙酮存在的情況下，由于二者與異丙醇鋁發(fā)生絡(luò)合，因而抑制了異丙醇鋁的水解。硅酸四乙酯(teos)和異丙醇鋁鹽就可以以相同的速度水解,從而保證al原子摻入到sio2網(wǎng)絡(luò)中。
本發(fā)明介孔硅鋁分子篩的具有如下性質(zhì)：比表面積為800m2/g-1200m2/g，孔容為1.3cm3/g-2.0cm3/g，孔徑為2-5nm。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明在制備介孔硅鋁分子篩的過程中，加料的先后順序采用先加入fe、al源、螯合劑，再攪拌作用下，金屬fe、al水解后均勻分散于表面活性劑中，形成一種透明溶液，再加入硅源，由于表面活性劑的模板效應(yīng)和結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用，使硅酸根陰離子在其周圍緊密的聚集和生長(zhǎng)，fe、al元素能均勻的分散摻雜于介孔分子篩，進(jìn)入介孔分子篩骨架形成骨架fe、al，從而制備成摻雜較為均勻的介孔分子篩。本發(fā)明的介孔硅鋁分子篩具有大比表面積、大孔容、吸附選擇性好、機(jī)械強(qiáng)度好、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、來源廣、容易再生和再利用。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
本實(shí)施例是一種用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)將0.39g異丙醇鋁、0.194g硝酸鐵加入到含有0.2ml的乙酰丙酮(acac)的20ml乙醇中，攪拌均勻，將得到的混合物回流1h；
(2)在步驟(1)的混合液中加入10.7ml的硅酸四乙酯；
(3)配制8.75gctab(十六烷基三甲基溴化銨)、10ml氨水、120ml水的混合溶液；
(4)在攪拌中將步驟(2)步制成的混合溶液滴加入步驟(3)的混合溶液成形成溶膠體；其摩爾比組分為：氧化硅(sio2)：十六烷基三甲基溴化銨(ctab)：水(h2o)：氨水(nh3·h2o)：異丙醇鋁(al(opri)3)：硝酸鐵(fe(no3)3)：乙酰丙酮(acac)＝1：0.5：130：2.5：0.04：0.01：1。
(5)使生成的溶膠的ph值保持10.5，在室溫?cái)嚢?h，混合物經(jīng)過離心機(jī)離心和干燥，550℃下使用馬弗爐焙燒升溫2h，并保溫4h，得到介孔硅鋁分子篩吸附劑粉末。
(6)制得的用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑，其質(zhì)量百分比組分為：sio2：82％-85％，al：9％-12％，fe：2％-2.2％，余量為不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例產(chǎn)品的比表面積(bet)、孔容(porevolume)和孔徑(poresize)在micromeriticsasap2020c型吸附儀n2氣吸附上測(cè)定。性質(zhì)如下表：
實(shí)施例2
本實(shí)施例是一種用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)將0.39g異丙醇鋁、0.29g硝酸鐵加入到含有0.4ml的乙酰丙酮(acac)的20ml異丙醇溶液中，攪拌均勻，將得到的混合物回流1.5h；
(2)在步驟(1)的混合液中加入10ml的硅酸四乙酯；
(3)配制8.9gctab(十六烷基三甲基溴化銨)、10ml氨水、150ml水的混合溶液；
(4)在攪拌中將步驟(2)步制成的混合溶液滴加入步驟(3)的混合溶液成形成溶膠體；其摩爾比組分為：氧化硅(sio2)：十六烷基三甲基溴化銨(ctab)：水(h2o)：氨水(nh3·h2o)：異丙醇鋁(al(opri)3)：硝酸鐵(fe(no3)3)：乙酰丙酮(acac)＝0.93：0.5：130：2.5：0.043：0.02：0.8。
(5)使生成的溶膠的ph值保持10，在室溫?cái)嚢?h，混合物經(jīng)過離心機(jī)離心和干燥，550℃下使用馬弗爐焙燒升溫2h，并保溫4h，得到介孔硅鋁分子篩吸附劑粉末。
(6)制得的用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑，其質(zhì)量百分比組分為：sio2：82％-83％，al：9％-9.5％，fe：2.5％-2.7％，余量為不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例產(chǎn)品的比表面積(bet)、孔容(porevolume)和孔徑(poresize)在micromeriticsasap2020c型吸附儀n2氣吸附上測(cè)定。性質(zhì)如下表：
實(shí)施例3
本實(shí)施例是一種用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑的制備方法，包括以下步驟：
(1)將0.39g異丙醇鋁、0.388g硝酸鐵加入到含有0.8ml的乙酰丙酮(acac)的40ml異丙醇溶液中，攪拌均勻，將得到的混合物回流1h；
(2)在步驟(1)的混合液中加入10.5ml的硅酸四乙酯；
(3)配制8.7gctab(十六烷基三甲基溴化銨)、10ml氨水、120ml水的混合溶液；
(4)在攪拌中將步驟(2)步制成的混合溶液滴加入步驟(3)的混合溶液成形成溶膠體；其摩爾比組分為：氧化硅(sio2)：十六烷基三甲基溴化銨(ctab)：水(h2o)：氨水(nh3·h2o)：異丙醇鋁(al(opri)3)：硝酸鐵(fe(no3)3)：乙酰丙酮(acac)＝0.98：0.5：160：2.5：0.04：0.015：0.4。
(5)使生成的溶膠的ph值保持10，在室溫?cái)嚢?h，混合物經(jīng)過離心機(jī)離心和干燥，550℃下使用馬弗爐焙燒升溫2.5h，并保溫3.5h，得到介孔硅鋁分子篩吸附劑粉末。
(6)制得的用于vocs處理的介孔硅鋁分子篩吸附劑，其質(zhì)量百分比組分為：sio2：83％-83.5％，al：10％-10.8％，fe：2.8％-3％，余量為不可避免的雜質(zhì)。
本實(shí)施例產(chǎn)品的比表面積(bet)、孔容(porevolume)和孔徑(poresize)在micromeriticsasap2020c型吸附儀n2氣吸附上測(cè)定。性質(zhì)如下表：
除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。