用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用金屬硅粉末通過水熱法制備多孔硅粉末,并利用此多孔硅粉末做為天然氣的吸附材料及吸附方法,目前,天然氣的儲存方式有多種,主要有液化天然氣、壓縮天然氣、吸附天然氣和天然氣水合物等方式,吸附天然氣的方式有較明顯的優(yōu)勢,這種方式主要是吸附材料的選擇,利用本發(fā)明的制備方法制備的多孔硅粉末吸附材料的比表面積可以達到3000~4500m2/g,孔徑分布主要介于0.5~4nm;本發(fā)明制備的吸附材料具有較大的比表面積,孔徑分布均勻并且可調(diào),孔壁表面可進行功能化,天然氣吸附性能較好等優(yōu)點。
【專利說明】用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及天然氣儲存【技術(shù)領域】,尤其是涉及一種利用金屬硅粉末通過水熱法制備多孔硅粉末,并利用此多孔硅粉末吸附劑做為天然氣儲存材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于石油資源的不斷消耗以及石油燃燒帶來的環(huán)境污染,人類亟需開發(fā)替代能源。在新型能源可以實際應用之前,天然氣成為一個重要的現(xiàn)實選擇。天然氣儲量豐富,分布廣泛,其主要成分甲烷在烴類燃料中具有最高的辛烷值,同時燃燒時只放出較少的污染物。 [0003]對于天然氣,目前的儲存方式主要有液化天然氣、壓縮天然氣、吸附天然氣和天然氣水合物等方式。液化天然氣是在常壓下保存在112K左右的低溫儲罐中。液化天然氣的密度可以達到0.4~0.42g/cm3,是標準溫度壓力下的600倍。但這種方式要求溫度很低,儲罐的設計比較復雜,經(jīng)濟負擔大,存在著泄露等安全隱患。壓縮天然氣是在常溫及2(T25MPa的條件下保存的壓縮超臨界流體。這種方式的缺點為儲罐要耐高壓,形狀一般被局限為圓筒形,為了達到20MPa的壓力需要進行繁瑣、昂貴的多級壓縮。天然氣水合物是水和天然氣之間以氫鍵形式形成的籠形結(jié)構(gòu)冰狀晶體化合物。理論上其儲存體積可以達到標準溫度壓力下的174倍,但實際上僅為理論值的1/3,并且在水合物中包含了大量的未反應的間隙水,儲存的天然氣也不能僅僅通過減壓的方式來釋放。吸附天然氣是用多孔材料吸附天然氣,通常維持在常溫、中低壓(3.5^4MPa)條件下。以壓縮天然氣的1/6的壓力就可以實現(xiàn)壓縮天然氣的儲存量,所以這種方法發(fā)展前景最好。
[0004]吸附天然氣儲存技術(shù)關(guān)鍵是要開發(fā)出吸附效率高的吸附劑。多年以來,天然沸石、分子篩、活性氧化鋁、硅膠、碳黑、活性炭、金屬有機框架化合物等多種吸附材料被研究利用。雖然吸附材料已經(jīng)被開發(fā)出來很多,并且一些已經(jīng)實際應用,但是這些材料的比表面積通常都不夠大,不能非常有效的吸附天然氣。另外,這些材料做為吸附材料都有一個壓模成型的工藝,也就是制備得到粉末后再加入膠黏劑混合,再壓制成型,于是在這個過程中膠黏劑嚴重堵塞了吸附材料的微孔,減小了微孔含量,導致吸附儲量下降。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的缺點,提供一種利用金屬硅粉末通過水熱法制備多孔硅粉末,并利用此多孔硅粉末做為天然氣的吸附儲存材料。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法,其特征是該方法包括如下步驟:
(1)把金屬硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的有機雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥;
(2)然后,把金屬硅粉放入盛有去離子水的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥; (3)將HF酸和Fe(N03) 3的水溶液按照一定的比例在水熱釜中混合,混合溶液的填充度為 70% ?95% ;
(4)再將清洗干凈的金屬硅粉放入水熱釜中,將水熱釜放入干燥箱中在最低110°C,最高160°C的水熱處理溫度下反應時間最少為40min,最大為70min ;
(5)反應過后將水熱釜取出,在室溫下冷卻后,得到多孔硅粉末,并把此粉末用去離子水清洗;
(6)再把多孔硅粉末用配制好的濃度為2%?5%的活化溶液浸泡,并干燥,得到天然氣吸附儲存材料。
[0007]所述的HF酸的濃度為5mol/L?15mol/L, Fe (N03) 3溶液的濃度為0.02mol/L?0.05mol/L。
[0008]所述的金屬硅粉可以直接采購,也可以將硅片通過機械研磨的方式得到。
[0009]所述的活化溶液為NaOH,KOH, CuCl2, FeCl3, MgSO4, ZnSO4, AgNO4 混合溶液。
[0010]所述的多孔娃吸附材料的比表面積最小為3000 m2/g,最大為4500 m2/g。
[0011]所述的多孔娃吸附材料的孔徑最小為0.5 nm ,最大為4nm。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用金屬硅粉末通過水熱法制備的多孔硅粉末,不需要添加膠黏劑并壓制成型的工藝過程,避免了膠黏劑堵塞吸附材料的微孔、微孔量的減?。徊⑶疫€具有較大的比表面積,孔徑分布均勻并且可調(diào),孔壁表面可進行功能化等優(yōu)點。
【具體實施方式】
[0013]實施例1:
(1)把金屬硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的有機雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥;
(2)然后,把金屬硅粉放入盛有去離子水的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥;
(3)將濃度為6mol/L的HF酸和濃度為0.03mol/L的Fe (N03) 3的水溶液按照一定的比例在水熱釜中混合,混合溶液的填充度為80% ;
(4)再將采購的金屬硅粉清洗干凈,再放入水熱釜中,將水熱釜放入干燥箱中在120°C的溫度下,水熱處理反應40min ;
(5)反應過后將水熱釜取出,在室溫下冷卻后,得到多孔硅粉末,并把此粉末用去離子水清洗;
(6)再把多孔硅粉末用配制好的濃度為2%的CuC12活化溶液浸泡,并干燥,得到天然氣吸附材料。
[0014]實施例2:
(1)把金屬硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的有機雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥;
(2)然后,把金屬硅粉放入盛有去離子水的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥;
(3)將濃度為12mol/L的HF酸和濃度為0.05mol/L的Fe (N03) 3的水溶液按照一定的比例在水熱釜中混合,混合溶液的填充度為90% ; (4)再將采購的金屬硅粉清洗干凈,再放入水熱釜中,將水熱釜放入干燥箱中在140°C的溫度下,水熱處理反應60min ;
(5)反應過后將水熱釜取出,在室溫下冷卻后,得到多孔硅粉末,并把此粉末用去離子水清洗;
(6)再把多孔硅粉末用配制好的濃度為3%的ZnS04活化溶液浸泡,并干燥,得到天然氣吸附材料。
【權(quán)利要求】
1.一種用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法,其特征是該方法包括如下步驟: (1)把金屬硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的有機雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥; (2)然后,把金屬硅粉放入盛有去離子水的容器中,進行超聲清洗20min,去除金屬硅粉上的雜質(zhì),再在干燥箱中80°C下干燥; (3)將HF酸和Fe(N03) 3的水溶液按照一定的比例在水熱釜中混合,混合溶液的填充度為 70% ?95% ; (4)再將清洗干凈的金屬硅粉放入水熱釜中,將水熱釜放入干燥箱中在最低110°C,最高160°C的水熱處理溫度下反應時間最少為40min,最大為70min ; (5)反應過后將水熱釜取出,在室溫下冷卻后,得到多孔硅粉末,并把此粉末用去離子水清洗; (6)再把多孔硅粉末用配制好的濃度為2%?5%的活化溶液浸泡,并干燥,得到天然氣吸附儲存材料。
2.如權(quán)利要求1所述的用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法,其特征是所述的HF酸的濃度為 5mol/L ?15mol/L, Fe (N03) 3 溶液的濃度為 0.02mol/L ?0.05mol/L。
3.如權(quán)利要求1所述的用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法,其特征是所述的活化溶液為 NaOH,KOH, CuCl2, FeCl3, MgSO4, ZnSO4, AgNO4 混合溶液。
4.如權(quán)利要求1所述的用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法,其特征是所述的多孔娃吸附材料的比表面積最小為3000 m2/g,最大為4500 m2/g。
5.如權(quán)利要求1所述的用于儲存天然氣的多孔材料及其制備方法,其特征是所述的多孔娃吸附材料的孔徑最小為0.5 nm?4nm。
【文檔編號】B01J20/10GK103657585SQ201310582242
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】金向華, 孫猛, 李荷慶 申請人:蘇州金宏氣體股份有限公司