專利名稱：一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法，屬于無機(jī)材料和吸附劑制備領(lǐng) 域。具體而言涉及一種提高13X沸石二氧化碳吸附量的方法。
背景技術(shù)：
在化石燃料，特別是煤的燃燒氣以及煉鋼高爐氣、石灰窯氣、合成氨變換氣 等工業(yè)過程產(chǎn)生的氣體中均含有大量的co2，它的直接排放不僅造成嚴(yán)重的溫室
效應(yīng)，而且還造成極大的資源浪費，因此，研究和開發(fā)C02分離回收技術(shù)，減少
二氧化碳排放具有重要意義。另外，在許多商業(yè)氣體應(yīng)用中，需對其中的少量二 氧化碳進(jìn)行脫除以純化氣體，例如應(yīng)用深冷法生產(chǎn)氮氣和氧氣之前，需將空氣中
的C02和水完全脫除從而防止其在低溫下的凍結(jié)引起設(shè)備堵塞。變壓(變溫)吸 附是一種具有廣泛應(yīng)用性的C02吸附回收和純化技術(shù)，它是利用固態(tài)多孔吸附劑 對原料混合氣中的C02進(jìn)行有選擇的可逆吸附來實現(xiàn)C02的吸附分離。因此，不
論是從富含co2的工業(yè)尾氣中回收二氧化碳的角度，還是從對含有微量co2的氣 體進(jìn)行純化的角度，研究和開發(fā)具有高co2吸附性能的吸附材料均是十分重要的。 相對于硅膠、氧化鋁和活性炭吸附劑，沸石x以其較高的吸附容量和選擇性
常常被選作C02吸附齊j。為了進(jìn)一步提高其吸附容量以提高C02分離回收和純化
的效率和降低過程的能耗，US3885927、 US4477267和US4775396分別提出采用 Bah、Ca^、Z^+和稀土金屬等陽離子交換的X型沸石用于C02吸附；CN99803798.2 公開了以Si/Al比為1-1.15的低硅X沸石(LSX)與可沸石化的高嶺土混合，經(jīng) 成型、氫氧化鈉溶液浸泡和鈉交換制備高C02吸附容量吸附劑的方法; CN98116154.5指出用于浸泡LSX沸石與粘結(jié)劑混合物的氫氧化鈉溶液的濃度至 少為0.5M。 Zhonglin Zhao等報道了用1.0-1.2M的氫氧化鈉溶液對含20%高嶺土 的型體13X沸石吸附劑進(jìn)行改性，從而提高了吸附劑中有效成分的含量和對C02 的吸附量(Journal of greenhouse gas contro1,2007， 1(3), 355-359)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法的目的是提供一種以碳酸鈉和氫氧化鈉的混合稀堿溶液對粉狀的或含有粘結(jié)劑的型體13X沸石進(jìn)行處理，提高 13X沸石C02吸附量的方法的技術(shù)方案。
本發(fā)明一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法，其特征在于是一種以碳酸鈉和 氫氧化鈉的混合稀堿溶液對粉狀的或含有粘結(jié)劑的型體13X沸石進(jìn)行處理，其中 混合溶液的pH值由氫氧化鈉的濃度和加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過提高13X沸石的結(jié) 晶度和比表面積，提高13X沸石對C02的吸附量的方法，具體操作步驟為配制 0.5-1.0mol/L的Na2C03和0.2-0.6mol/L的NaOH溶液，取Na2C03溶液，加入NaOH 溶液調(diào)節(jié)Na2C03/NaOH混合溶液的pH值至11.5-13.8;按液固比3-40ml/g加13X 沸石樣品到該Na2C(VNaOH溶液中，在不斷攪拌下，加熱至70-100°C，保持3-10 小時，冷卻，將液體倒出，再次加入新鮮的與前面相同pH值并等量的 Na2C03/NaOH溶液，在相同條件下對13X沸石再次處理，然后，固液分離，在 70-90 °C下用水洗滌沸石樣品，100-120 °C干燥。
按照以上所述的一種提高13X沸石C02吸附量的方法，其特征在于所述的沸 石13X是Si/Al比為1.15-1.30的粉狀13X沸石或是由該13X沸石粉加入15-25% 高嶺土或凹凸棒粘結(jié)劑形成的型體13X沸石，對于粉狀13X沸石，其 Na2C03/NaOH處理液的優(yōu)選pH值范圍為11.5-13.2;對于包含有粘結(jié)劑的型體 13X沸石，其Na2C(VNaOH處理液的優(yōu)選pH值范圍為13.0-13.8。
本發(fā)明一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法，所提供的通過Na2C03/NaOH 混合溶液對13X沸石進(jìn)行處理以提高其C02吸附量的方法的優(yōu)點在于可顯著 提高13X沸石C02的吸附容量，經(jīng)處理的13X沸石的吸附容量較處理前可提高 1-35%。方法簡單易行，耗費低廉。經(jīng)該方法處理的13X沸石可作為吸附劑用于
變壓(變溫)吸附C02的捕集回收和含C02氣體的凈化，從而提高C02分離回
收和凈化過程的效率，并降低其能耗。具體實施例方式
實施方式1:
以0.2mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)0.8mol/L Na2C03溶液的pH至12.6，取其中 150ml至燒瓶中，加入5.0g沸石13X原粉，在不斷攪拌下，加熱該固液混合物 至80。C并保持5小時，倒出溶液；再加入等量的上述Na2C03/NaOH溶液，重復(fù) 上述過程，然后固液分離，對處理后的沸石進(jìn)行洗滌并干燥。X射線衍射測得該 樣品相對于13X原粉的相對結(jié)晶度為102%, BET比表面積由處理前13X原粉的556m2/g提高到580m2/g;用重量吸附法，經(jīng)320。C真空活化4小時后，在25°C 和PcoflO、Pa條件下測定該樣品與13X原粉的C02吸附容量，其值分別135ml/g 和124ml/g。
實施方式2:
以0.3mol/LNaOH溶液調(diào)節(jié)1.0mol/L Na2C03溶液的pH至13.1，取其中150ml 至燒瓶中，加入5.0g沸石13X原粉，采用與實施方式1相同的處理方式對13X 原粉進(jìn)行處理。測得樣品的相對結(jié)晶度為103%, BET比表面積為600mVg，在25。C 和PCO2=102kPa條件下的C02吸附容量為137ml/g。 實施方式3:
以0.2mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)0.5mol/L Na2C03溶液的pH至11.6,取其中50ml 至燒瓶中，加入5.0g沸石13X原粉，采用與實施方式1相同的處理方式對13X 原粉進(jìn)行處理。測得樣品的相對結(jié)晶度為101%, BET比表面積為565m々g，在25'C 和Pco2-l(^kPa條件下的C02吸附容量為128ml/g。 實施方式4:
將按重量含量為25%的粉狀高嶺土與13X原粉混合，加水成型，12(TC烘干； 然后在60(TC焙燒4小時，得到包含有高嶺土的型體13X沸石。取其中5g型體沸 石放入燒瓶中，加入事先已調(diào)節(jié)pH值為13.1的Na2C03/NaOH溶液90ml，在不 斷攪拌下，加熱該固液混合物至卯r并保持5小時，倒出溶液；再加入等量的上 述Na2C03/NaOH溶液，重復(fù)上述過程，然后洗滌固體并干燥。經(jīng)測定，該型體沸 石處理前后的相對結(jié)晶度分別為75%和89%， BET比表面積分別為433m2/g和 452m"g,在25r和Pcofl(^kPa條件下的C02吸附容量分別88ml/g和為105ml/g。 實施方式5:
按實施方式3制備型體13X沸石，取其中5g型體沸石放入燒瓶中，加入事先 已調(diào)節(jié)pH值為13.6的Na2C03/NaOH溶液150ml，在不斷攪拌下，加熱該固液混 合物至卯。C并保持5小時，倒出溶液；再加入等量的上述Na2C03/NaOH溶液， 重復(fù)上述過程，然后洗滌固體并干燥。處理后樣品的相對結(jié)晶度分別為95n/。，BET 比表面積為505m2/g，在25'C和PCO2=102kPa條件下的C02吸附容量為122ml/g。
實施方式6:
將按重量含量為20%的粉狀高嶺土與13X原粉混合，加水成型，12(TC烘干； 然后在60(TC焙燒4小時，得到包含有高嶺土的型體13X沸石。取其中5g型體沸石放入燒瓶中，加入事先已調(diào)節(jié)pH值為13.6的Na2C03/NaOH溶液50ml，在不 斷攪拌下，加熱該固液混合物至卯。C并保持6小時，倒出溶液；再加入等量的上 述Na2C03/NaOH溶液，重復(fù)上述過程，然后洗滌固體并干燥。經(jīng)測定，該型體沸 石處理前后的相對結(jié)晶度分別為80%和96%, BET比表面積分別為445m2/g和 462m2/g，在25"C和PCO2=102kPa條件下的C02吸附容量分別92 ml/g和為125ml/g。 實施方式7:
將按重量含量為20%的粉狀凹凸棒與13X原粉混合，加水成型，12(TC烘干； 然后在55(TC焙燒4小時，得到包含有凹凸棒型體13X沸石。取其中5g型體沸石 放入燒瓶中，加入事先已調(diào)節(jié)pH值為13.4的Na2CCVNaOH溶液150ml，在不斷 攪拌下，加熱該固液混合物至卯。C并保持5小時，倒出溶液；再加入等量的上述 Na2CCVNaOH溶液，重復(fù)上述過程，然后洗滌固體并干燥。經(jīng)測定，該型體沸石 處理前后的相對結(jié)晶度分別為80%和85%， BET比表面積分別為488m2/g和 500m2/g，在25。C和PCO2=102kPa條件下的C02吸附容量分別108 ml/g和為 117ml/g。 實施方式8:
按實施方式7制備型體13X沸石，取其中5g型體沸石放入燒瓶中，加入事先 已調(diào)節(jié)pH值為13.8的Na2CO3/NaOH溶液150ml，在不斷攪拌下，加熱該固液混 合物至80'C并保持3小時，倒出溶液；再加入等量的上述Na2C03/NaOH溶液， 重復(fù)上述過程，然后洗滌固體并干燥。處理后樣品的相對結(jié)晶度分別為83。/。,BET 比表面積為495m2/g，在25。C和PCO2=102kPa條件下的<302吸附容量為114ml/g。
權(quán)利要求
1、一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法，其特征在于是一種以碳酸鈉和氫氧化鈉的混合稀堿溶液對粉狀的或含有粘結(jié)劑的型體13X沸石進(jìn)行處理，其中混合溶液的pH值由氫氧化鈉的濃度和加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過提高13X沸石的結(jié)晶度和比表面積，提高13X沸石對CO2的吸附量的方法，具體操作步驟為配制0.5-1.0mol/L的Na2CO3和0.2-0.6mol/L的NaOH溶液，取Na2CO3溶液，加入NaOH溶液調(diào)節(jié)Na2CO3/NaOH混合溶液的pH值至11.5-13.8；按液固比3-40ml/g加13X沸石樣品到該Na2CO3/NaOH溶液中，在不斷攪拌下，加熱至70-100℃，保持3-10小時，冷卻，將液體倒出，再次加入新鮮的與前面相同pH值并等量的Na2CO3/NaOH溶液，在相同條件下對13X沸石再次處理，然后，固液分離，在70-90℃下用水洗滌沸石樣品，100-120℃干燥。
2、按照權(quán)利要求1所述的一種提高13X沸石C02吸附量的方法，其特征在于所述的沸石 13X是Si/Al比為1.15-1.30的粉狀13X沸石或是由該13X沸石粉加入15-25%高嶺土或凹凸 棒粘結(jié)劑形成的型體13X沸石，對于粉狀13X沸石，其Na2C03/NaOH處理液的優(yōu)選pH值 范圍為11.5-13.2;對于包含有粘結(jié)劑的型體13X沸石，其Na2C03/NaOH處理液的優(yōu)選pH值 范圍為13.0-13.8。
全文摘要
一種提高沸石二氧化碳吸附量的方法屬于無機(jī)材料和吸附劑制備領(lǐng)域。其特征是一種以碳酸鈉和氫氧化鈉的混合稀堿溶液對13X沸石進(jìn)行處理以提高其對CO₂吸附容量的方法。具體方法步驟是首先配制碳酸鈉和氫氧化鈉的混合溶液，其中溶液的pH值由氫氧化鈉的濃度和加入量進(jìn)行調(diào)節(jié)，然后將粉狀的或含有粘結(jié)劑的型體13X沸石放入該混合溶液中，進(jìn)行加熱處理。經(jīng)處理的13X沸石較未處理的沸石的相對結(jié)晶度和比表面積增加，從而提高了13X沸石CO₂吸附量。該方法簡單易行，耗費低廉，可應(yīng)用于CO₂的分離回收和凈化。
文檔編號B01J20/30GK101543761SQ20091007403
公開日2009年9月30日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者崔杏雨, 李瑞豐, 王云飛, 馬靜紅 申請人:太原理工大學(xué)