專(zhuān)利名稱(chēng)：一種氧吸附劑、制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，具體涉及一種氧吸附劑、制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
目前，制氧或制氮市場(chǎng)仍然是低溫冷精餾法、膜分離和變壓吸附技術(shù)激烈競(jìng)爭(zhēng)的 局面。深冷法是傳統(tǒng)的制氧、氮方法，技術(shù)成熟，變壓吸附法和膜分離法是新型的制氧氣、氮 氣技術(shù)。其中，深冷法適于大規(guī)模生產(chǎn)高純氧氣和氮?dú)?99%以上)；有機(jī)膜分離技術(shù)的特 點(diǎn)是低溫操作，規(guī)模小，生產(chǎn)的富氧純度為40% 50% ；變壓吸附的特點(diǎn)是中、小規(guī)模地 生產(chǎn)中等純度的氧氣、氮?dú)?90% 99%)。雖然近年來(lái)，變壓吸附空氣分離技術(shù)在世界范 圍內(nèi)得到廣泛的研究和開(kāi)發(fā)，在吸附劑的研制和工藝技術(shù)上均取得了很大進(jìn)展，生產(chǎn)的規(guī) 模逐漸增大，能耗進(jìn)一步降低，裝置的穩(wěn)定性和可靠性得到大大提高。但是，變壓吸附所用 的吸附劑的性能還需要進(jìn)一步提高，主要表現(xiàn)在吸附劑的吸附量，吸附分離系數(shù)和吸附劑 的強(qiáng)度上，這些都極大地影響著變壓吸附制氧、氮技術(shù)的快速發(fā)展。具有O2選擇性的混合導(dǎo)體是指一類(lèi)同時(shí)具有氧離子導(dǎo)電性和電子導(dǎo)電性的新型 陶瓷材料。當(dāng)溫度升高(T ^ 3000C )或氧分壓降低或兩個(gè)條件兼有之，這種材料就會(huì)失氧 或者說(shuō)部分氧氣從導(dǎo)體中脫附；當(dāng)溫度降低或環(huán)境氧分壓增大或兩個(gè)條件都存在時(shí)，材料 又會(huì)吸氧或者說(shuō)環(huán)境中的氧氣與導(dǎo)體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并進(jìn)入導(dǎo)體中。同時(shí)，為了保持導(dǎo)體的 電中性，材料在吸氧或失氧的同時(shí)，電子也以一定的方式在導(dǎo)體內(nèi)傳導(dǎo)。致密的混合導(dǎo)體透 氧陶瓷膜，它只傳導(dǎo)氧離子和電子，它的氧滲透選擇性為100%。混合導(dǎo)體陶瓷材料被用作 新型的氧吸附劑，與致密透氧膜的透氧機(jī)理幾乎完全相同，即通過(guò)氧空位(或間隙氧位)與 氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行氧氣吸附(脫附)的，以及在驅(qū)動(dòng)力的作用下氧在導(dǎo)體內(nèi)進(jìn)行傳 導(dǎo)。故在理論上新型氧吸附劑的氧選擇性也為100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子篩的氧氮分離系數(shù)。陶瓷材料經(jīng)過(guò)壓片或擠管被用作致密的混合導(dǎo)體透氧膜已經(jīng)20多年了，但是這 種技術(shù)至今還沒(méi)大規(guī)模工業(yè)化，主要原因是高透氧量與高結(jié)構(gòu)、機(jī)械穩(wěn)定性難于在同一個(gè) 膜材料上同時(shí)實(shí)現(xiàn)，以及高溫密封的問(wèn)題。而同類(lèi)的混合導(dǎo)體陶瓷材料經(jīng)過(guò)造粒被用作新 型的氧吸附劑，在實(shí)際操作中，它不存在高溫密封難的問(wèn)題，不存在因膨脹斷裂而失去吸氧 能力。因此，新型的混合導(dǎo)體氧吸附劑進(jìn)行空氣分離或痕量氧除雜，不僅可以提高目的產(chǎn)物 的選擇性，還可以大大簡(jiǎn)化操作過(guò)程及降低操作成本，顯示了廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種氧吸附劑、制備方法及其應(yīng)用。該氧吸附劑材料是具有 O2選擇性的混合導(dǎo)體陶瓷材料，利用晶格中的氧空位(或間隙氧位)進(jìn)行化學(xué)吸氧和脫氧， 它只吸收氣流中的氧氣而不吸收其它任何非氧成分。本發(fā)明提供了一種氧吸附劑，該吸附劑材料為以下材料的一種或多種(1)AB03_S 鈣鈦礦型混合導(dǎo)體，(2)螢石礦型混合導(dǎo)體材料，(3) K2NiF4型結(jié)構(gòu)材料，(4)燒綠石結(jié)構(gòu)材 料，(5)灰針鎳礦結(jié)構(gòu)材料，(6)層狀復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)的混合導(dǎo)體材料。
本發(fā)明提供的氧吸附劑，所述AB03_S鈣鈦礦型混合導(dǎo)體為缺陷型鈣鈦礦類(lèi)材料， 其化學(xué)式為A1±xB1±y03_s，其中，A是稀土金屬La系、Y、堿金屬Na、堿土金屬M(fèi)g、Ca、Sr、Ba中 至少一種，B為過(guò)渡金屬Co、Fe、Ni、Cu、Zr、Mn、Cr、Ti中至少一種，0≤χ≤0. 2，0≤y≤0. 2， δ為氧偏離化學(xué)計(jì)量數(shù)。本發(fā)明提供的氧吸附劑，對(duì)于所述化學(xué)式A1±xB1±y03_s中的A，優(yōu)選地，A是稀土金 屬La系和堿土金屬M(fèi)g、Ca、Sr、Ba中至少一種；其中最優(yōu)選地，A是La、Sm、Sr、Ba中至少一 種。本發(fā)明提供的氧吸附劑，對(duì)于所述化學(xué)式A1±xB1±y03_s中的B，優(yōu)選地，B是過(guò)渡金 屬Co、Fe、Ni、Cu、Zr、Ti中至少一種；其中最優(yōu)選地，B是Co、Fe、Ni、Cu中至少一種。本發(fā)明提供的氧吸附劑，對(duì)于所述材料A1±xB1±y03_s可混合尖晶石結(jié)構(gòu)的Co3O4以 提高A1±xB1±y03_s吸附劑的性能。本發(fā)明還提供了氧吸附劑的制備方法，將所有組成復(fù)合氧化物的金屬離子的可溶 性鹽溶液均勻混合后，采用有機(jī)酸絡(luò)合和濃縮成膠的方法制備出多金屬的復(fù)合氧化物粉 體。其中，有機(jī)酸選自EDTA、檸檬酸、酒石酸、蘋(píng)果酸、聚乙二醇、甘氨酸中的一種或幾種；以 EDTA、檸檬酸、聚乙二醇和甘氨酸為佳；特別地，以EDTA和檸檬酸聯(lián)合使用最佳。其中，可溶 性金屬鹽選自硝酸鹽、乙酸鹽、檸檬酸鹽、草酸鹽、硫酸鹽、鹵化物、磷酸鹽中的一種或幾種； 以硝酸鹽、乙酸鹽、檸檬酸鹽和草酸鹽為佳；特別地，以硝酸鹽和乙酸鹽為最佳。本發(fā)明提供的氧吸附劑用于高溫變壓氧吸附或變溫氧吸附，從而進(jìn)行空氣分離或 痕量氧氣的除雜，或者做儲(chǔ)氧材料。本發(fā)明提供的氧吸附劑主要用于變壓氧吸附的空氣分離，進(jìn)行變壓吸附時(shí)，通過(guò) 自動(dòng)閥控制多個(gè)吸附管能夠連續(xù)地制備出高純的氧氣和氮?dú)饣蚱渲械囊环N，其操作溫度范 圍為300°C≤T≤850°C。本發(fā)明提供的氧吸附劑的吸附過(guò)程在高壓或常壓的空氣氣流中進(jìn)行，脫附(或者 叫吸附劑再生)在惰性氣吹掃或真空泵抽真空的條件下進(jìn)行。本發(fā)明提供的氧吸附劑進(jìn)行變壓吸附所發(fā)生的是化學(xué)氧吸附(脫附)過(guò)程，而分 子篩在變壓吸附空氣分離過(guò)程中所發(fā)生的是物理吸附(脫附)。陶瓷材料利用氧空位(或 間隙氧位)與氣流中氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行吸附(脫附)氧氣的，它的理論氧氣分離系 數(shù)為100%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子篩的氧、氮分離系數(shù)。因此，把這種材料應(yīng)用到空氣分離變壓吸附 過(guò)程中能得到高純度的氧氣和氮?dú)饣蚱渲械囊环N，或者把它用到痕量氧氣的除雜，能得到 純度很高的目標(biāo)物質(zhì)。本發(fā)明提供的新型氧吸附劑，具有高的氧吸附容量，快的氧吸附速率，極高的氧選 擇性。


圖1為本發(fā)明典型的氧吸附劑材料的XRD圖，其中·立方鈣鈦礦結(jié)構(gòu)衍射峰；圖2為EDTA-檸檬酸聯(lián)合絡(luò)合法制備的氧吸附劑粉體的SEM圖；圖3 為材料 La0.6Sr0.4Co03_δ 和 Co3O4 的 XRD 圖；圖4為典型的氧吸附劑Bai_zSrzCO(1.8FeQ.203_s (0 ≤ Z ≤1)的固定床氧吸附容量圖；圖5為在氧吸附過(guò)程中，吸附管流出氣流中的氧氣摩爾百分含量圖，其 中1. BaCo0 8Fe0 203- 5 , 2. Ba0.8Sr0.2Co0.8Fe0.203_s, 3. Ba0.7Sr0.3Co0.8Fe0.203_s,
4.Ba0 5Sr0.5Co0.8Fe0.203_ δ, 5. Ba0 2Sr0.8Co0.8Fe0.203_ δ,6. SrCo0 8Fe0.203_ δ ；圖6為SrCOl_wFew03_s (O ^ w ^ 1)的固定床氧吸附量圖；圖 7 為混合材料(100-e)wt% SrCo0.8Fe0.203_s+e wt% Co3O4(O 彡 e 彡 30)的固定 床氧吸附容量圖；圖8為SrlixCoa8Fea2CVs (O ^ χ ^ 0. 2)的固定床氧吸附容量圖；圖9為典型的新型的氧吸附劑的O2-TPD圖；圖10為典型的氧吸附劑的氧吸附過(guò)程TG圖，其中1. BaC0a8Fea2CVs， 2. Ba08Sr02Co08Fe02O3-S ‘ 3. Ba0.7Sr0.3Co0.8Fe0.203-S,4· Ba05Sr05Co08Fe02O3-S ‘
5.Ba0 2Sr0.8Co0.8Fe0.203_ δ, 6. SrCo0 8Fe0.203_ δ ；圖11為典型的氧吸附劑的氧脫吸附過(guò)程TG圖，其中1. BaCo0.8Fe0.203_5， 2· Ba0 8Sr0 2CoQ 8Fe0 2O3-δ ‘ 3. Ba0.7Sr0.3Co0.8Fe0.203-S，4· Ba0 5Sr0.5Co0.8Fe0.203-s， 5· Ba0 2Sr0.8Co0_ 8Fe0_ 203— δ，6. SrCo0 8Fe0_ 203— δ。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。實(shí)施例1直接混合所有金屬離子的硝酸鹽溶液合成BahSrzCoa8Fea2CVs系列復(fù)合氧化物， 其中，O < ζ < 1。根據(jù)合成各氧化物所需要的各種金屬離子的化學(xué)計(jì)量比，取化學(xué)計(jì)量的金 屬離子(Ba2+、Sr2+、Co2+、Fe3+)硝酸鹽溶液于燒杯中，向其中加入EDTA和檸檬酸，而EDTA和 檸檬酸對(duì)總金屬離子的物質(zhì)的量之比均為1 1。然后再用NH3 ·Η20調(diào)節(jié)溶液的pH = 6.0， 將溶液在恒溫80°C下加熱、攪拌，隨著水分的不斷蒸發(fā)最終得到棕色膠體，將膠體在400°C 下預(yù)處理初步分解而得初次粉體，再將初次粉體在950°C下煅燒5h即得到由混合溶液制備 的復(fù)合氧化物粉體。其XRD圖和SEM圖如圖1和圖2。將制得的各種粉體分別在75MPa下 壓片造粒。實(shí)施例2直接混合所有金屬離子的硝酸鹽溶液合成SrCOl_wFew03_s系列復(fù)合氧化物，其中， O^w^ I0根據(jù)合成各氧化物所需要的各種金屬離子的化學(xué)計(jì)量比，取化學(xué)計(jì)量的金屬離 子(Sr2+、Co2+、Fe3+)硝酸鹽溶液于燒杯中，向其中加入EDTA和檸檬酸，而EDTA和檸檬酸對(duì) 總金屬離子的物質(zhì)的量之比均為1 1。然后再用NH3 · H2O調(diào)節(jié)溶液的pH = 6.0，將溶液 在恒溫80°C下加熱、攪拌，隨著水分的不斷蒸發(fā)最終得到棕色膠體，將膠體在400°C下預(yù)處 理初步分解而得初次粉體，再將初次粉體在950°C下煅燒5h即得到由混合溶液制備的復(fù)合 氧化物粉體。將制得的各種粉體在75MPa下壓片造粒。實(shí)施例3直接混合所有金屬離子的硝酸鹽溶液合成Lai_zSrzCo03_s系列復(fù)合氧化物，其中， O^z^ I0根據(jù)合成各氧化物所需要的各種金屬離子的化學(xué)計(jì)量比，取化學(xué)計(jì)量的金屬離 子(La3+、Sr2+、Co2+)硝酸鹽溶液于燒杯中，向其中加入EDTA和檸檬酸，而EDTA和檸檬酸對(duì) 總金屬離子的物質(zhì)的量之比均為1 1。然后再用NH3 · H2O調(diào)節(jié)溶液的pH = 6.0，將溶液 在恒溫80°C下加熱、攪拌，隨著水分的不斷蒸發(fā)最終得到棕色膠體，將膠體在400°C下預(yù)處 理初步分解而得初次粉體，再將初次粉體在900°C下煅燒5h即得到由混合溶液制備的各種復(fù)合氧化物粉體，其晶體結(jié)構(gòu)均同于Laa6Sra4C0CVs的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，如圖3。實(shí)施例4直接混合兩種氧化物合成(100-e)wt % SrCo0.8Fe0.203_s +e wt % Co3O4。其中 O < e < 30。EDTA-檸檬酸絡(luò)合法分別合成兩種氧化物SrCO(1.8Fe(1.203_s和Co304。根據(jù)合成 各氧化物所需要的各種金屬離子的化學(xué)計(jì)量比，取化學(xué)計(jì)量的金屬離子(Sr2+、C02+、Fe3+)硝 酸鹽溶液于燒杯中，向其中加入EDTA和檸檬酸，而EDTA和檸檬酸對(duì)總金屬離子的物質(zhì)的量 之比均為1 1。然后再用NH3 · H2O調(diào)節(jié)溶液的pH = 6.0，將溶液在恒溫80°C下加熱、攪 拌，隨著水分的不斷蒸發(fā)最終得到棕色膠體，將膠體在400°C下預(yù)處理初步分解而得初次粉 體，再將初次粉體在900°C下煅燒5h即得到由混合溶液制備的氧化物粉體。Co3O4為尖晶石 結(jié)構(gòu)，如圖3所示。將制得的各種混合粉體在75MPa下壓片造粒。實(shí)施例5直接混合所有金屬離子的硝酸鹽溶液合成SrlixCoa8Fea2CVs。其中O彡χ彡0. 2。根據(jù)合成各氧化物所需要的各種金屬離子的化學(xué)計(jì)量比，取化學(xué)計(jì)量的金屬離子(Sr2+、 Co2+、Fe3+)硝酸鹽溶液于燒杯中，向其中加入EDTA和檸檬酸，而EDTA和檸檬酸對(duì)總金屬離 子的物質(zhì)的量之比均為1 1。然后再用ΝΗ3·Η20調(diào)節(jié)溶液的？!1 = 6.0，將溶液在恒溫801 下加熱、攪拌，隨著水分的不斷蒸發(fā)最終得到棕色膠體，將膠體在400°C下預(yù)處理初步分解 而得初次粉體，再將初次粉體在900°C下煅燒5h即得到由混合溶液制備的各種復(fù)合氧化物 粉體。將制得的各種粉體在75MPa下壓片造粒。實(shí)施例6將制備的六種粉體BaCotl. 8Fe0.203_ δ，Ba0.8Sr0.2Co0.8Fe0.203_ δ，Ba0.7Sr0.3Co0.8Fe0.203_ δ， Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.203_δ, Ba0.2Sr0.8Co0.8Fe0.203_δ, SrCo0.8Fe0.203_δ 進(jìn)行固定床氧吸附性能測(cè)試， 操作溫度為300°C彡T彡850°C，壓力均為常壓，即常壓吸附，惰性氣體(He)吹掃脫附。如 圖4所示，在低溫區(qū)300-600°C，各種物質(zhì)都有一定的氧吸附容量，其中SrC0a8Fea2CVs的氧 吸附容量最大為0. 402mmol/g ；而在高溫T = 800BaCo0.8Fe0.203-5具有最大的氧吸附容 量達(dá)0. 533mmol/g。由圖5可以看出，曲線(xiàn)突變之前的平臺(tái)部分(低氧摩爾濃度Xffi 0)表 明了氧吸附選擇性極高，而突變曲線(xiàn)的突變之陡說(shuō)明了氧吸附速度很快。實(shí)施例7將制備的粉體SrCO03_s，SrCO(1.8Fe(1.203_s，SrCo0.6Fe0.403_ δ, SrCo0.4Fe0.603_ δ, SrCo0.2Fe0.803-5 ' SrFeO3^5進(jìn)行固定床氧吸附性能測(cè)試，操作溫度為300°C彡T ( 850°C，壓 力均為常壓，即常壓吸附，惰性氣體(He)吹掃脫附。如圖6所示，在低溫區(qū)300-600°C，各種 物質(zhì)都有一定的氧吸附容量，而SrCoa8Fea2CVs的氧吸附容量仍然最大為0. 402mmol/g。實(shí)施例8將制備的粉體SrCoci 8Feci 2O3-S，80wt % SrCo0.8Fe0 203_5+20wt % Co3O4, 70wt % SrCoa8Fea203_s+30Wt% Co3O4,進(jìn)行固定床氧吸附性能測(cè)試，操作溫度為300°C彡T彡650V, 壓力均為常壓，即常壓吸附，惰性氣體(He)吹掃脫附。如圖7所示，在T = 500°C，未混 合Co3O4的SrCoa8Fea2CVs的氧吸附容量最大。但是SrCotl.8Fea203_s摻有Co3O4，氧脫附 速度較快，其順序?yàn)?SrCoci 8Fetl 2O3-s < 80wt % SrCo0.8Fe0 203_5+20wt % Co3O4 < 70wt % SrCo0 8Fe0 203_ δ +30wt % Co3O4。實(shí)施例9
將制備的粉體 Sra95CO(1.8Fe(1.203_s，SrCo0.8Fe0.203_5，SrL05Co0.8Fe0.203_5 進(jìn)行固定床氧吸附性能測(cè)試，操作溫度為300°C彡T ( 650°C，壓力均為常壓，即常壓吸附，惰性氣體 (He)吹掃脫附。如圖8所示，在低溫區(qū)300-600°C，各種物質(zhì)都有一定的氧吸附容量。在T =500°C，A位化學(xué)計(jì)量數(shù)的SrCoa8Fea2CVs的氧吸附容量最大0. 402mmol/g，A位存有缺陷 的Sra95Coa8Fea2CVs的氧吸附量(0. 389mmol/g)接近于A位化學(xué)計(jì)量數(shù)的SrCO(1.8Fe(1.203_s 的氧吸附容量。但是，A位過(guò)剩的SiYci5Coa8Fea2CVs的氧脫附速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于另外兩類(lèi)材料 SrCo0.8Fe0.203-δ 和 Sr0.95Co0.8Fe0.203-s 的氧脫附速率。
權(quán)利要求
一種氧吸附劑，其特征在于該吸附劑材料為以下材料的一種或多種(1)ABO3-δ鈣鈦礦型混合導(dǎo)體，(2)螢石礦型混合導(dǎo)體材料，(3)K2NiF4型結(jié)構(gòu)材料，(4)燒綠石結(jié)構(gòu)材料，(5)灰針鎳礦結(jié)構(gòu)材料，(6)層狀復(fù)合氧化物結(jié)構(gòu)的混合導(dǎo)體材料。
2.按照權(quán)利要求1所述氧吸附劑，其特征在于所述AB03_s鈣鈦礦型混合導(dǎo)體為缺陷 型鈣鈦礦類(lèi)材料，其化學(xué)式SAihBuyO"，其中，8為氧偏離化學(xué)計(jì)量數(shù)。
3.按照權(quán)利要求2所述氧吸附劑，其特征在于所述A是稀土金屬La系、Y、堿金屬Na、 堿土金屬M(fèi)g、Ca、Sr、Ba中至少一種。
4.按照權(quán)利要求2所述氧吸附劑，其特征在于所述B為過(guò)渡金屬Co、Fe、Ni、Cu、Zr, Mn、Cr、Ti中至少一種。
5.按照權(quán)利要求2所述氧吸附劑，其特征在于所述0< x < 0. 2。
6.按照權(quán)利要求2所述氧吸附劑，其特征在于所述0< y < 0. 2。
7.按照權(quán)利要求2所述氧吸附劑，其特征在于所述A1±xB1±y03_s材料通過(guò)與尖晶石結(jié) 構(gòu)的Co304混合來(lái)提高其性能。
8.權(quán)利要求1所述氧吸附劑的制備方法，其特征在于將所有組成復(fù)合氧化物的金屬 離子的可溶性鹽溶液均勻混合后，采用有機(jī)酸絡(luò)合和濃縮成膠的方法制備出多金屬的復(fù)合 氧化物粉體。
9.權(quán)利要求1所述氧吸附劑用于高溫變壓氧吸附或變溫氧吸附，從而進(jìn)行空氣分離或 痕量氧氣的除雜，或者做儲(chǔ)氧材料。
10.按照權(quán)利要求9所述氧吸附劑用于高溫變壓氧吸附，其特征在于吸附過(guò)程在高 壓或常壓的空氣氣流中進(jìn)行，脫附或吸附劑再生在惰性氣吹掃或真空泵抽真空的條件下進(jìn) 行，通過(guò)自動(dòng)閥控制多個(gè)吸附管連續(xù)地制備出高純的氧氣和氮?dú)饣蚱渲械囊环N，其操作溫 度范圍為300°C彡T彡850°C。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氧吸附劑、制備方法及其應(yīng)用。該氧吸附劑材料是具有O2選擇性的混合導(dǎo)體陶瓷材料，利用晶格中的氧空位(或間隙氧位)進(jìn)行化學(xué)吸氧和脫氧，它只吸收氣流中的氧氣而不吸收其它任何非氧成分。制備方法為將所有組成復(fù)合氧化物的金屬離子的可溶性鹽溶液均勻混合后，采用有機(jī)酸絡(luò)合和濃縮成膠的方法制備出多金屬的復(fù)合氧化物粉體。這種新型的氧吸附劑用于高溫變壓氧吸附或變溫氧吸附，從而進(jìn)行空氣分離或痕量氧氣的除雜，或者做儲(chǔ)氧材料。本發(fā)明提供的新型氧吸附劑，具有高的氧吸附容量，快的氧吸附速率，極高的氧選擇性。
文檔編號(hào)B01J20/06GK101837278SQ20091001072
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2009年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者朱雪峰, 楊維慎, 賀玉鳳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所