[發明專利]一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200910081780.6
• 申請日: 2009-04-10
• 公開（公告）號: CN101518728A
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 何靜;安哲
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: B01J20/06
• 分類號: B01J20/06;B01J20/30
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于多孔吸附劑技術領域，特別涉及一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其制備方法，這種吸附劑具有整體式的自支撐結構及高的比表面積。

背景技術

吸附材料是當今科學研究的熱點，其應用范圍十分廣泛，如用于特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑、能源存儲吸附劑、水體及大氣凈化吸附劑等。目前用作吸附劑的材料主要有硅酸鹽材料、分子篩材料、金屬骨架材料及孔狀結構金屬氧化物材料等。

基于特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑的迫切需求，吸附劑材料的制備主要面臨兩個巨大挑戰。一方面，材料缺乏整體式結構，孔狀結構三維有序度差；另一方面，材料的比表面積有待提高，孔徑分布不均勻。針對以上兩個科學難點，我們提出了一種經由手性硅基材料模板導向合成整體式自支撐孔狀結構吸附材料的方法，所得吸附劑材料比表面積較高，孔徑分布均勻。

發明內容

本發明的目的在于提供一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其制備方法，所得吸附材料比表面積大、孔徑分布均勻，同時工藝簡單、成本較低。

本發明提供的一種整體式高比表面積多孔吸附劑，該吸附劑具有整體式自支撐金屬氧化物骨架結構；該吸附劑具有高比表面積的多孔金屬氧化物骨架結構。金屬氧化物吸附劑孔徑在2～4nm，比表面積在50～200m²/g。

所得吸附劑組成為金屬氧化物并涵蓋可由金屬硝酸鹽經熱分解轉變而得的金屬氧化物，包括四氧化三鈷(Co₃O₄)、三氧化二銦(In₂O₃)、氧化鋅(ZnO)、三氧化二鉻(Cr₂O₃)及氧化鎳(NiO)。

本發明的整體式多孔吸附劑的制備方法如下：

(1)氧化硅模板的制備

將十六烷基三甲基溴化銨、硅酸鈉、均三甲苯、乙酸乙酯、及去離子水按摩爾比0.12～0.50∶0.15～0.50∶0.18～1.0∶0.3～3.0∶1000依次均勻混合，于15-40℃溫度條件下晶化10～48小時，分離、洗滌、干燥得到固體粉末。

將濃硝酸、雙氧水按摩爾比2.0～4.0∶4.0～6.0與所得固體粉末均勻混合，微波輻射下，分別控制壓力1.0～1.5Mpa、溫度100～250℃去除十六烷基三甲基溴化銨，分離、洗滌、干燥得到前體硅模板。

(2)整體式吸附劑的制備

將金屬硝酸鹽溶液與所得前體均勻混合0.5～10小時，所得混合物于50～150℃下預烘干，所得固體于400～600℃中焙燒得到固體粉末。

將2mol/L?NaOH溶液與所得固體粉末均勻混合0.5-3.0小時，去除前體硅模板，分離、洗滌、干燥得到吸附劑。

步驟(2)中，所得金屬氧化物吸附劑孔徑在2～4nm可調，比表面積在50～200m²/g可調。

本發明的整體式吸附劑吸附量大，可吸附氣體包括氫氣、一氧化碳、乙炔等，可吸附溶劑包括酮、醛、醚等，或者作為特種吸附劑吸附大分子極性有機污染物及特定氣體分子。工藝簡單、成本較低，可將特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑進一步推向實用化。

附圖說明

圖1為整體式自支撐多孔四氧化三鈷吸附劑的高分辨透射電鏡圖。

圖2為整體式自支撐多孔三氧化二銦吸附劑的高分辨透射電鏡圖。

具體實施方式

實施例1

a.將0.002mol十六烷基三甲基溴化銨、0.002mol硅酸鈉、0.004mol均三甲苯、0.003mol乙酸乙酯、及150mL去離子水依次均勻混合，置于30℃水浴靜置10小時；

b.反應結束后，產物離心，用去離子水洗滌5次，漿液于25℃真空干燥箱干燥得到白色粉末；

c.取0.3334g白色粉末，加入0.023mol濃硝酸，0.034mol雙氧水(30％)，混合均勻，微波照射條件下，分別控制壓力和溫度不超過1.3Mpa和180℃，反應2min；

d.待溫度壓力降至常溫常壓后取出，將反應液離心后棄去上清液，洗滌至pH＝7。漿液于25℃干燥得到手性氧化硅模板；

e.將0.1g手性二氧化硅分散至1mL?0.8mol/mL的硝酸鈷溶液中，25℃攪拌0.5小時，所得混合液80℃干燥1小時，所得固體放入瓷坩鍋置于馬福爐中，從室溫加熱至450℃，保溫7小時，自然降至室溫；

f.所得固體置于2mol/L氫氧化鈉溶液中，25℃攪拌2小時去除硅基模板，離心洗滌至pH＝7，25℃干燥得整體式自支撐多孔四氧化三鈷吸附劑。

實施例2