專利名稱:一種新型氧化硅吸附劑的制備方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種新型氧化硅吸附劑的制備方法及應(yīng)用,具體涉及一種垃圾填埋氣或其他含有二氧化碳的甲烷氣中脫除二氧化碳的吸附劑的制備方法。
背景技術(shù):
隨著城市化進程的不斷發(fā)展,城市垃圾的處理成為一個亟待解決的問題。當(dāng)前, 大多數(shù)國家普遍采用的方法是垃圾填埋,在這個過程中厭氧消化所產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物被成為垃圾填埋氣(Landfill Gas, LFG),主要有甲烷和二氧化碳組成,占填埋氣總體積的95%以上,其中甲烷占40 70%,二氧化碳占30 50%。二氧化碳和甲烷都是重要的化工生產(chǎn)原料,而甲烷還是一種優(yōu)質(zhì)的生物質(zhì)能,因此,從垃圾填埋氣中分離出高濃度的甲烷和二氧化碳具非常重要的實際意義。變壓吸附分離混合氣具有能耗低、工藝簡單、自動化程度高、投資少、操作彈性大、 環(huán)境效益好等諸多優(yōu)點而被廣泛研究和應(yīng)用。吸附劑作為該技術(shù)的核心所在一直是變壓吸附研究的重點。常用的吸附材料由于種種缺陷均不能達到滿意的吸附分離效果。因此,通過對常規(guī)吸附材料的改性開發(fā)除具有高效吸附性能的吸附劑就顯得尤其重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種新型、高效的硅膠吸附劑。本發(fā)明所述的硅膠吸附劑,是在氧化硅表面載有ABX,其中,A為Na、K、Ca、Ba、Mg或 Fe元素,B為F、ClBr或I元素,χ為1、2或3,所述的硅膠吸附劑按照如下方法制備得到 所述硅膠吸附劑按照如下方法制備以硅膠為載體,以ABx為前軀體,以去離子水為溶劑配成浸漬液,所述硅膠與A元素的質(zhì)量比為1 0.005 0.1,采用浸漬法將負(fù)載于所述的硅膠表面,再將浸漬有硅膠在80 160°C下烘干,然后將干燥的樣品放入馬弗爐中在300 500°C焙燒,即為所述的新型硅膠吸附劑。本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供一種制備上述硅膠吸附劑的方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種硅膠吸附劑的制備方法,包括如下步驟a)按所取硅膠的飽和吸水量配置一定體積的浸漬液,將浸漬液逐滴加入所述硅膠中,使硅膠充分浸漬;所述硅膠與負(fù)載的金屬元素A的質(zhì)量比為1 0.005 0.1;b)將浸漬有ABx的硅膠在鼓風(fēng)干燥箱中加熱至80 160°C,進行干燥除水;c)將干燥后的樣品放入的馬弗爐中在空氣氣氛下在300 500°C下,進行進一步處理,制得表面負(fù)載有的硅膠,即為所述硅膠吸附劑。下面對上述制備方法做具體說明。步驟a)中,所述的浸漬方法常用的有濕法浸漬和等體積浸漬,本發(fā)明優(yōu)選等體積浸漬法。
步驟a)中,所述的浸漬方法,浸漬溫度的適當(dāng)提高、浸漬時間的增長有利于提高浸漬效率,本發(fā)明所述的等體積浸漬優(yōu)選20-60°C下進行4 12小時。步驟b)中,本發(fā)明所述的浸漬有ABx的硅膠的干燥一般在鼓風(fēng)干燥箱中進行,所述的干燥推薦在80 160°C下進行12 M小時。步驟c)中,本發(fā)明所述的焙燒推薦優(yōu)選300 500°C下進行3_5小時。本發(fā)明要解決的第三個技術(shù)問題是將所述的ABx改性硅膠吸附劑作為二氧化碳吸附劑應(yīng)用,從二氧化碳和甲烷的混合氣中分離出甲烷。本發(fā)明所述的金屬改性硅膠吸附劑可在室溫下使用,適用于很寬的混合氣范圍, 二氧化碳含量30 60%均有優(yōu)異的分離效果,遠遠優(yōu)于未改性的硅膠,是一種有效分離甲烷和二氧化碳的高效吸附劑。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在1)本發(fā)明所述的改型硅膠吸附劑,以性能優(yōu)良的硅膠作為載體,在其表面負(fù)載了無機金屬鹽。由于金屬A的電子效應(yīng)等因素,使得負(fù)載后的硅膠在許多性能上得到進一步的提高,突出的表現(xiàn)在吸附能力更強,對甲烷和二氧化碳的選擇性更好。以本發(fā)明所述的金屬改性硅膠吸附劑在作為分離垃圾填埋氣中的甲烷和二氧化碳時表現(xiàn)出了很好的效^ ο2)本發(fā)明所述的ABx改性硅膠吸附劑的制備方法簡單,容易實現(xiàn)。采用等體積浸漬法將ABx直接負(fù)載到硅膠表面,通過干燥和焙燒除去多余的水分并形成與載體硅膠表面及官能團有較強作用的ABx負(fù)載層,即為所述的硅膠吸附劑。與其他方法相比,該制備法更加簡單,并且制備過程無廢液產(chǎn)生。
圖1是本發(fā)明所用載體硅膠低溫氮氣吸附脫附曲線圖。圖2是本發(fā)明所用載體硅膠孔徑分布圖。圖3是本發(fā)明所述硅膠吸附劑在富He條件下的穿透曲線。圖4是對比例一所述的未改性硅膠在富He條件下的穿透曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。Na、K、Ca、Ba、Mg 或!^e 元素,B 為 F、Cl Br 或 I實施例1稱取0.3g K Cl置于燒杯中,加入20ml去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙?。稱取25g硅膠置于磁坩堝中,將配得的浸漬液逐滴加入坩堝中,并不停攪拌,直至所有浸漬液全部浸漬到硅膠中。在常溫下,吸附浸漬4小時后,放入鼓風(fēng)干燥箱中在80°C下干燥M小時。干燥后的樣品在馬弗爐內(nèi)300°C下焙燒3小時。即得到表面負(fù)載有K Cl的硅膠吸附劑。實施例2稱取0. 5g NaCl置于燒杯中,加入20ml去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙?。稱取25g硅膠置于磁坩堝中,將配得的浸漬液逐滴加入坩堝中,并不停攪拌,直至所有浸漬液全部浸漬到硅
4膠中。在常溫下,吸附浸漬4小時后,放入鼓風(fēng)干燥箱中在100°C下干燥15小時。干燥后的樣品在馬弗爐內(nèi)500°C下焙燒3小時。即得到表面負(fù)載有NaCl的硅膠吸附劑。實施例3稱取0.5g CaCl2置于燒杯中,加入20ml去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙?。稱取25g硅膠置于磁坩堝中,將配得的浸漬液逐滴加入坩堝中,并不停攪拌,直至所有浸漬液全部浸漬到硅膠中。在常溫下,吸附浸漬8小時后,放入鼓風(fēng)干燥箱中在130°C下干燥12小時。干燥后的樣品在馬弗爐內(nèi)400°C下焙燒3小時。即得到表面負(fù)載有CaCl2的硅膠吸附劑。實施例4稱取0.4g MgCl2置于燒杯中,加入20ml去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙狻7Q取2 硅膠置于磁坩堝中,將配得的浸漬液逐滴加入坩堝中,并不停攪拌,直至所有浸漬液全部浸漬到硅膠中。在常溫下,吸附浸漬12小時后,放入鼓風(fēng)干燥箱中在130°C下干燥12小時。干燥后的樣品在馬弗爐內(nèi)400°C下焙燒5小時。即得到表面負(fù)載有MgCl2的硅膠吸附劑。實施例5稱取0. 45g BaCl2置于燒杯中,加入20ml去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙狻7Q取25g硅膠置于磁坩堝中,將配得的浸漬液逐滴加入坩堝中,并不停攪拌,直至所有浸漬液全部浸漬到硅膠中。在常溫下,吸附浸漬8小時后,放入鼓風(fēng)干燥箱中在160°C下干燥14小時。干燥后的樣品在馬弗爐內(nèi)500°C下焙燒3小時。即得到表面負(fù)載有BaCl2的硅膠吸附劑。實施例6稱取0.8g FeCl3置于燒杯中,加入20ml去離子水?dāng)嚢枋蛊淙芙?。稱取25g硅膠置于磁坩堝中,將配得的浸漬液逐滴加入坩堝中,并不停攪拌,直至所有浸漬液全部浸漬到硅膠中。在常溫下,吸附浸漬6小時后,放入鼓風(fēng)干燥箱中在150°C下干燥10小時。干燥后的樣品在馬弗爐內(nèi)450°C下焙燒5小時。即得到表面負(fù)載有FeCl3的硅膠吸附劑。圖1為本發(fā)明所用載體硅膠低溫氮氣吸附脫附曲線圖,圖2為本發(fā)明所用載體低溫氮氣吸附脫附曲線圖,可知載體具有較大的比表面積和比較規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu),對吸附作用的發(fā)生提供了優(yōu)越的載體環(huán)境。本發(fā)明將應(yīng)用實施例、比較例一、比較例二所說的硅膠吸附劑置于一種吸附分離評價系統(tǒng)的吸附床中,在富He條件下通入甲烷二氧化碳的混合氣,測定吸附劑的吸附量及分離因子。本發(fā)明所述的吸附分離評價系統(tǒng),包括吸附分離裝置,氣相質(zhì)譜,氣相色譜等設(shè)備。吸附床為不銹鋼圓柱結(jié)構(gòu),內(nèi)徑8mm,壁厚2mm,長度480mm,吸附床與管路由轉(zhuǎn)換接頭連接。應(yīng)用實施例取20g所述表面負(fù)載有MgCl2的硅膠吸附劑,在富He條件下,混合氣流量為Iml/ min,混合氣的組成為He CO2 CH4 = 1 1 1,吸附溫度15°C,吸附壓力0. 5MPa。經(jīng)吸附試驗發(fā)現(xiàn),MgCl2-硅膠吸附劑對CH4和(X)2具有很好的吸附選擇性,能夠得到較好的分離效果,穿透曲線見圖3 ;同時MgCl2-硅膠吸附劑具有較大的(X)2吸附量,是一種有較大應(yīng)用前景的高效脫碳吸附劑。比較例一取20g未改性硅膠進行對比試驗,在富He條件下,混合氣流量為lml/min,混合氣組成為He CO2 CH4 = 1 1 1,吸附溫度15°C,吸附壓力0. 5MPa。經(jīng)吸附試驗發(fā)現(xiàn), 未改性硅膠對甲烷和二氧化碳也有一定的分離能力,穿透曲線見圖4。從表1各吸附劑樣品的單位吸附量及分離因子表中可知,MgCl2-硅膠吸附劑與未改性硅膠相比,其二氧化碳吸附量的得到一定程度的提高,并且分離性能得到很大提高。因此,MgCl2-硅膠吸附劑是一種有較大應(yīng)用前景的高效脫碳吸附劑。比較例二取20g使用1 %的CaCl2改性硅膠進行對比試驗,在富He條件下,混合氣流量為 lml/min,混合氣的組成為He CO2 CH4 = 1 1 1,吸附溫度15°C,吸附壓力0. 5MPa。 經(jīng)吸附試驗發(fā)現(xiàn),吸附劑對(X)2和CH4的吸附性能均有很大程度提高。表1各吸附劑樣品的單位吸附量及分離因子表
權(quán)利要求
1.一種以氧化硅為主體的硅膠吸附劑,其特征在于所述吸附劑是在氧化硅表面載有 ABX,其中,A 為 Na、K、Ca、Ba、Mg 或!^e 元素,B 為 F、Cl Br 或 I 元素,χ 為 1、2 或 3。
2.一種制備權(quán)利要求1所述硅膠吸附劑的方法,其特征在于以硅膠為載體,以ABx為前軀體,以去離子水為溶劑配成浸漬液,所述硅膠與A元素的質(zhì)量比為1 0.005 0.1,采用浸漬法將載于所述的硅膠表面,再將浸漬有ABx的硅膠在80 160°C下烘干,然后將干燥的樣品放入馬弗爐中在300 500°C焙燒,即為所述的新型硅膠吸附劑;具體為如下步驟a)配置一定體積的仙、浸漬液,將浸漬液逐滴加入硅膠中,使硅膠充分浸漬;b)將浸漬有ABx的硅膠在鼓風(fēng)干燥箱中加熱至80 160°C,進行干燥除水;c)將干燥后的樣品放入的馬弗爐中在空氣氣氛下在300 500°C下,進行進一步處理, 制得的表面負(fù)載有ABx的硅膠,即為所述硅膠吸附劑。
3.如權(quán)利要求2所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟a)所述的硅膠比表面積大于500m2/g,平均孔徑2 6nm。
4.如權(quán)利要求2所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟a)所述的浸漬法為等體積浸漬法,即浸漬液體積為載體硅膠的飽和吸水量。
5.如權(quán)利要求2所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟a)所述的浸漬法硅膠與元素A的質(zhì)量比為1 0.005 0.1。
6.如權(quán)利要求2 4所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟a)所述的浸漬是在20-60°C溫度下進行4 12小時。
7.如權(quán)利要求2所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟b)干燥所用時間為 12 24小時。
8.如權(quán)利要求2所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟c)所述的焙燒時間為 3 5小時。
9.如權(quán)利要求2或4所述的硅膠吸附劑的制備方法,其特征在于步驟a)所述的硅膠的單位質(zhì)量飽和吸水量為0. 65 0. 85ml/g。
10.如權(quán)利要求1所述的硅膠吸附劑作為垃圾填埋氣或其他含有二氧化碳的甲烷氣中二氧化碳吸附劑的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型氧化硅吸附劑的制備方法及應(yīng)用,所述吸附劑是通過浸漬法在氧化硅表面載有ABx,其中,A為Na、K、Ca、Ba、Mg或Fe元素,B為F、Cl Br或l元素,x為1、2或3,再將浸漬有ABx的硅膠在80~160℃下烘干,然后將干燥的樣品放入馬弗爐中在300~500℃焙燒,即為所述的新型硅膠吸附劑;本發(fā)明所述的硅膠吸附劑在作為甲烷氣中脫出二氧化碳吸附劑應(yīng)用時表現(xiàn)出了很好的效果,且制備簡單、過程易控。
文檔編號B01J20/10GK102188958SQ20101908704
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月1日
發(fā)明者倪宏志, 儲偉, 吳永永, 孫思, 羅仕忠 申請人:成都中科普瑞凈化設(shè)備有限公司