[發明專利]天然沸石離子交換改性制備的氮氧化物吸附劑

無效

• 申請號: 201010590091.0
• 申請日: 2010-12-07
• 公開（公告）號: CN102049239A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 鄭小明;王卉;于琴琴;周慧;劉彤;肖麗萍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: B01J20/16
• 分類號: B01J20/16;B01J20/32;B01J20/34;B01D53/04
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明屬于天然沸石材料改性技術，特別涉及天然沸石離子交換改性制備的氮氧化物吸附劑。

背景技術

隨著人類社會進入21世紀，人們對于環境問題關注也日益加深。氮氧化物是一種重要的大氣污染氣體，是形成酸雨和光化學污染的一個重要因素，還會對人體健康產生危害，它可刺激人的眼、鼻、喉和肺部，容易造成呼吸系統疾病。氮氧化物的脫除方法很多，一般可分為非催化法和催化法兩大類。非催化法主要分為固體吸收法和液體吸收法，例如分子篩、活型炭和硅膠等是常見固體吸附劑，而酸液和堿液則是常見的液體吸附劑。催化法分為催化還原法和催化分解法，其中包括NO的催化分解、NH₃選擇性催化還原、烴類選擇性催化還原和CO非選擇性還原等。

沸石是一類具有規則的籠形或孔道結構的硅鋁酸鹽晶體，擁有獨特的孔道結構和豐富的比表面積，同時擁有吸附分離、離子交換、催化等特點。沸石可分為天然沸石和人工合成沸石。天然沸石是十分寶貴的自然資源，與合成沸石相比，天然沸石資源豐富，價格低廉，因而各國已逐漸重視天然沸石的應用研究。

我國天然沸石礦資源十分豐富，已探明的礦點已超過400處，總儲量達40億噸，年生產能力800萬噸，儲量在世界上名列前茅。我國天然沸石儲量雖然很大，但絕大多數僅作為初級產品使用，如用作水泥混合材料就占了沸石產量的85％，其余大部分用作紙張和其他輕工產品的填料，除浙江大學催化研究所將其作為催化劑載體成功地制備成一系列有機廢氣焚燒催化劑(鄭小明、金松壽等CN?1034319A，CN?1034494A)外，還很少有在作為精細化學品產業化方面成功利用的例子。因此，將天然沸石經過熱處理、酸處理或離子交換等改性后，成功地應用于氮氧化物的吸附凈化，其工業應用前景很大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種生產成本低廉、可用于含氮氧化物的工業尾氣、煙道氣和汽車尾氣的高效吸附凈化的天然沸石改性制備的氮氧化物吸附劑。

為解決技術問題，本發明的方案是：以天然沸石為原料，采用酸處理、銨交換和離子交換等方法改性天然沸石，以將特定的金屬元素(例如Na、Ca、K、Ba、Ti、Mn、Ni、Cu等)負載或摻雜到天然沸石表面或骨架上，制備成天然沸石改性的氮氧化物吸附劑。該方法制備得到的氮氧化物(NO_x)吸附劑，作為環境功能材料具有廣闊的市場前景。

具體如下：

提供一種天然沸石離子交換改性制備的氮氧化物吸附劑，該氮氧化物吸附劑是通過下述方法制備得到的：將經過脫鋁處理以及銨交換處理的天然沸石，加入到金屬鹽水溶液中進行金屬離子交換；水洗，烘干后，在300～600℃高溫焙燒1～5小時，即得到含有相應金屬元素的天然沸石改性的氮氧化物吸附劑；所述金屬鹽為Na、Ca、K、Ba、Ti、Mn、Ni或Cu的鹽酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或草酸鹽中的任意一種。

本發明中，所述金屬鹽水溶液的濃度為0.01～1mol/L，沸石與金屬鹽水溶液的固液比為1∶5～1∶50。

本發明中，所述進行金屬離子交換的條件是：交換溫度為20～100℃，交換時間1～12小時，交換次數1～8次。

本發明中，所述的天然沸石指天然絲光沸石或天然斜發沸石。

本發明中，所述脫鋁處理是指：將天然沸石加入酸中進行化學脫鋁處理；完成脫鋁后，水洗至檢不出相應陰離子，烘干即可。

本發明中，所述脫鋁處理過程所用的酸為鹽酸、硫酸、硝酸、磷酸或草酸中的任意一種；酸濃度為1～12mol/L，沸石與酸的固液比為1∶5～1∶25，脫鋁溫度為70～100℃，脫鋁時間為1～8小時，脫鋁次數為1～5次。

本發明中，所述銨交換處理是指：將經脫鋁處理的沸石加入至銨鹽水溶液中進行銨化處理；完成交換后，水洗至檢不出相應陰離子，烘干即可。

本發明中，所述銨鹽水溶液濃度為0.1～1mol/L，沸石與離子交換劑的固液比為1∶5～1∶25，交換溫度為70～100℃，交換時間1～12小時，交換次數1～8次。

本發明中，所述銨交換處理過程中的銨鹽為氯化銨、硝酸銨或硫酸銨中的一種。

本發明中，所述氮氧化物吸附劑在達到氮氧化物飽和吸附或穿透吸附后，能夠在空氣、氧氣、氮氣、氦氣或氬氣氛圍下持續加熱實現再生；再生溫度為200～600℃，再生持續時間1～5小時。