一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑及制備方法技術

本發明專利技術公開了一種沸石分子篩?導熱骨架復合吸附劑及制備方法。本發明專利技術將沸石分子篩制備原料以及導熱骨架材料均勻混合成反應凝膠，通過水熱晶化法制備沸石分子篩?導熱骨架復合吸附劑。本發明專利技術利用導熱骨架合成多孔復合沸石分子篩吸附劑，不但增強復合吸附劑的傳熱能力，而且在保證高效傳熱的同時解決沸石分子篩解吸溫度高，傳質效率低等問題，明顯提高了沸石分子篩吸附VOCs的負載量和/脫附的利用效率；并且本發明專利技術所述制備方法簡單高效，適用于工業放大生產制備。

A zeolite thermal skeleton composite adsorbent and preparation method thereof

The invention discloses a zeolite thermal skeleton composite adsorbent and preparation method thereof. The invention of the zeolite molecular sieve is prepared by uniformly mixing reaction gel material and thermal conductivity matrix materials by hydrothermal crystallization method for preparing zeolite molecular sieve thermal skeleton composite adsorbent. The invention uses heat skeleton adsorbent synthetic porous zeolite composite, not only to enhance the heat transfer ability of the composite adsorbent, and ensure efficient heat transfer and zeolite desorption temperature is high, the problem of low efficiency of mass transfer, improve the zeolite molecular sieve adsorption VOCs load and the removal efficiency of /; and the the preparation method is simple and efficient, suitable for industrial production preparation.

【技術實現步驟摘要】
一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑及制備方法
本專利技術涉及一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑及制備方法，屬于材料制備和環境保護

技術介紹
世界各領域科技的創新和發展，推動了世界經濟的迅猛發展，也造成了環境和自然資源危機，VOCs(volatileorganiccompounds)揮發性有機物污染已成為人類生存和發展面臨的重大環境問題之一，嚴重危害著人類健康和生態平衡。目前，凈化VOCs的方法主要包括熱氧化催化、等離子分離、液體吸收、光催化氧化、生物質降解及吸附脫附催化等方法。在傳統相關技術中，吸附凈化的效果較好，分子篩作為有效的VOCs吸附材料具有獨特的優勢，包括：良好的疏水性，較高的水熱穩定性，其獨特的孔結構對VOCs污染物凈化效果高達90-95％。采用分子篩吸附脫附技術方法治理VOCs，已成為環境保護領域研究和開發的熱點。其中研發高效經濟的處理VOCs的吸附材料對該技術的應用影響較大。目前吸附脫附過程采用的吸附劑主要為活性炭、沸石分子篩或催化劑復合分子篩。其中活性炭孔結構易堵塞失活、性能衰減嚴重，沸石分子篩使用量大、傳熱能力差、解吸溫度高，催化劑復合分子篩成本高。為解決這些缺點，綜合目前吸附劑的優點，基于沸石分子篩開發性能優越高效的復合吸附劑是目前脫除VOCs研究的重點工作。目前研究較多的沸石分子篩-催化劑復合吸附材料，主要集中在降低VOCs的轉化溫度，提高VOCs的降解效率方面的研究，有利于降低復合吸附劑的使用量，并不能克服沸石分子篩本身微觀傳熱能力差，不完全脫附VOCs等現象，比如解吸過程熱量無法有效傳遞到分子篩內部，沸石分子篩孔結構與VOCs分子間作用力因解吸能力不足無法有效分離，導致部分VOCs殘留在沸石分子篩孔結構內，再次循序吸附過程中，無法有效吸附后續VOCs分子，減少同工況下的吸附量，降低傳質效率。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述現有技術的不足，提供一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑，利用導熱骨架材料強化沸石分子篩的傳熱能力，并且提高利用效率，可以有效吸附或脫除VOCs。本專利技術的另一目的在于提供一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑的制備方法。通過在沸石分子篩的水熱合成步驟中適時添加導熱骨架材料，有效的制備沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑。本專利技術的目的還包括沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑的應用。為實現上述目的，本專利技術公開了以下技術方案：一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑，該復合吸附劑由沸石分子篩和導熱骨架材料組成，該復合吸附劑Si/Al摩爾比30.0-400.0，比表面積550-800m2·g-1，平均孔徑10-40nm，微孔體積0.17-0.28mL·g-1，總孔體積0.3-0.5mL·g-1，所述導熱骨架材料選自膨脹石墨、導熱性的金屬粉末(包括金粉、銅粉、鐵粉等)。專利技術人發現，本專利技術所述沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑中，導熱骨架材料的引入，首先增強了沸石分子篩整體的傳熱能力，強化了沸石分子篩本身的微觀傳熱能力；而且復合吸附劑整體的傳質能力和脫VOCs效率較沸石分子篩也有明顯提升。沸石分子篩的水熱晶化法制備過程中，高溫晶化過程會降低沸石的傳質能力(晶粒聚集和晶格塌陷等)，減小晶體尺寸、增大微孔尺寸可以提高沸石分子篩的傳質能力，本專利技術沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑中，導熱骨架材料起到限定空間材料的作用，限制了沸石大晶粒的形成，保持了沸石分子篩良好的結晶度和純度，增強了復合吸附劑的傳質能力。一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑制備方法，將沸石分子篩制備原料以及導熱骨架材料均勻混合成反應凝膠，通過水熱晶化法制備沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑。本專利技術所述沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑制備方法中，將導熱骨架材料的引入與沸石分子篩的制備過程同步進行，不僅實現了導熱性能的提高，而且通過導熱骨架材料介入沸石分子篩晶化過程，限制晶體尺寸，提高傳質能力，而且通過骨架作用，減少沸石分子篩高溫晶化時導致沸石性能的下降，該方法將沸石分子篩原粉與其他物質、粘結劑的固結成型法相比，簡單易行，適用于工業生產。優選的技術方案中，沸石分子篩制備原料包括水熱晶化方法制備所需的原料，例如硅源、鋁源、堿溶液或模板劑等，優選的沸石分子篩制備原料包括R2O-Al2O3-SiO2-H2O四組分體系，其中R2O可以是NaOH、KOH和/或模板劑等，作用是提供分子篩晶化必要的堿性環境和/或者結構導向的模板劑,所述的模板劑為正丁胺、乙胺、乙二胺、1/6-己二胺等有機胺的一種或多種；硅和鋁元素的提供可選擇多種多樣的硅源和鋁源，例如硅溶膠、硅酸鈉、正硅酸乙酯、硫酸鋁和鋁酸鈉等。更為優選的技術方案中，沸石分子篩制備原料以及導熱骨架材料體系的摩爾比為R2O：Al2O3：SiO2：H2O：導熱骨架材料＝(11.0～27.2):1:(60.0～800.0):(850.0～1440.0)H20:0.12～5.9；更優選的，R2O中包括NaOH/KOH和模板劑，Na20/K20:有機胺＝(2.0～3.0)：(9.0～24.2)。專利技術人發現，采用該材料配比，取得的復合吸附劑可以保證較高的導熱和傳質性能，屬于較優的實施方式。優選的技術方案中，可以將導熱骨架材料添加到硅源溶液或鋁源溶液中攪拌均勻后，再與其他將沸石分子篩制備原料均勻混合成反應凝膠；也可以在硅源溶液和鋁源溶液混合之后再加入導熱骨架材料混勻成反應凝膠。更優選的技術方案中，反應凝膠的制備過程包括：a.配料：用去離子水作為溶劑，配制各自鋁源溶液和硅源溶液，Si/Al摩爾比＝30.0～400.0；b.導熱骨架定型：將導熱骨架材料添加到步驟a制得的硅源溶液或鋁源溶液中，持續攪拌均勻；c.乳化：將鋁源溶液加入到添加導熱骨架材料的硅源溶液中，或將硅源溶液加入到添加導熱骨架材料的鋁源溶液中，攪拌均勻，乳化，得反應凝膠。優選的，步驟c乳化過程中，攪拌時間為2～3小時，在乳化機中乳化時間為20-50分鐘。優選的，上述反應凝膠的制備過程中步驟b、c可以替換為：將硅源溶液加入到鋁源溶液中，混合均勻后加入導熱骨架材料，攪拌均勻，乳化，得反應凝膠。水熱晶化法，是在特制的密閉反應器(高壓釜)中,采用水溶液作為反應介質,通過對反應器加熱,創造一個高溫、高壓反應環境,使得通常難溶或不溶的物質溶解并且重結晶以形成分散的納米晶核的方法，水熱晶化法是本領域內合成沸石分子篩的常規方法。優選的技術方案中，水熱晶化的過程包括：；d.晶化：將反應凝膠放入不銹鋼反應釜內的聚四氟乙烯襯套中不銹鋼反應釜在90-105℃晶化12-24小時后，在140～170℃晶化24～58小時；e.烘干：將步驟:d中的晶化物洗滌至洗滌液的ph值<8，再將晶化物烘干，得到復合吸附劑。更為優選的技術方案中，一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑制備方法，包括如下步驟：a)稱取一定量的硫酸鋁用去離子水攪拌溶解，待其溶解后再依次加入氫氧化鈉/氫氧化鉀和氯化鈉，攪拌均勻；b)分別稱取一定量的硅酸鈉、有機胺放入用去離子水攪拌混合溶解，將正在攪拌的溶液加入膨脹石墨，攪拌至混合均勻，形成渾濁狀；c)在均勻攪拌的情況下，將a)步驟得到的溶液緩慢地滴加到b)步驟得到的渾濁溶液中，控制整個體系的摩爾比為Na20/K20:A1203:Si02:H20:有機胺:NaCl本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種沸石分子篩?導熱骨架復合吸附劑，其特征在于，該復合吸附劑由沸石分子篩和導熱骨架材料組成，該復合吸附劑Si/Al摩爾比30.0?400.0，比表面積550?800m

【技術特征摘要】
1.一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑，其特征在于，該復合吸附劑由沸石分子篩和導熱骨架材料組成，該復合吸附劑Si/Al摩爾比30.0-400.0，比表面積550-800m2·g-1，平均孔徑10-40nm，微孔體積0.17-0.28mL·g-1，總孔體積0.3-0.5mL·g-1，所述導熱骨架材料選自膨脹石墨、導熱性的金屬粉末(包括金粉、銅粉、鐵粉等)。2.一種沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑制備方法，其特征在于，將沸石分子篩制備原料以及導熱骨架材料均勻混合成反應凝膠，通過水熱晶化法制備沸石分子篩-導熱骨架復合吸附劑。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，沸石分子篩制備原料包括水熱晶化方法制備所需的原料；優選的，沸石分子篩制備原料包括R2O-Al2O3-SiO2-H2O四組分體系，其中R2O是NaOH、KOH和/或模板劑；優選的，所述的模板劑為有機胺，選自正丁胺、乙胺、乙二胺、1/6-己二胺中的一種或多種；硅和鋁元素可選擇多種多樣的硅源和鋁源，優選的，硅源選自硅溶膠、硅酸鈉、正硅酸乙酯，鋁源選自硫酸鋁和鋁酸鈉。4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于，沸石分子篩制備原料以及導熱骨架材料體系的摩爾比為R2O：Al2O3：SiO2：H2O：導熱骨架材料＝(11.0～27.2):1:(60.0～800.0):(850.0～1440.0)H20:0.12～5.9；優選的，R2O中包括NaOH/KOH和有機胺，Na20/K20:有機胺＝(2.0～3.0)：(9.0～24.2)。5.根據權利要求2-4任一項所述的制備方法，其特征在于，將導熱骨架材料添加到硅源溶液或鋁源溶液中攪拌均勻后，再與其他將沸石分子篩制備原料均勻混合成反應凝膠；或者在硅源溶液和鋁源溶液混合之后再加入導熱骨架材料混勻成反應凝膠。6.根據權利要求2-4任一項所述的制備方法，其特征在于，反應凝膠的制備過程包括：a.配料：用去離子水作為溶劑，配制各自鋁源溶液和硅源溶液，Si/Al摩爾比＝30.0～400.0；b.導熱骨架定型：將導熱骨架材料添加到步驟a制得的硅源溶液或鋁源溶液中，持續攪拌均勻；c.乳化：將鋁源溶液加入到添加...

【專利技術屬性】
技術研發人員：賴艷華，董震，魏露露，魏坤浩，呂明新，
申請(專利權)人：山東大學蘇州研究院，
類型：發明
國別省市：江蘇,32