[發明專利]用作空分富氧吸附劑的介微孔層序結構LSX分子篩的合成方法

無效

• 申請號: 201310025890.7
• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103055805A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 張妍;于建強;王宗花;朱玉坤;汲生榮
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30;B01D53/02;C01B13/02
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及制備具有介微孔層序結構的LSX分子篩的方法，尤其涉及的是一種用作空分富氧吸附劑的介微孔層序結構LSX分子篩的合成方法。

背景技術

氧氣由于其強氧化性和維持生命的特性而被廣泛應用于醫療、冶金、造紙、廢水處理、金屬切割和焊接、化工等行業，并且隨著科技和工業水平的不斷提高，氧氣的需求量呈逐年上升的趨勢。在變壓吸附技術出現之前，空氣分離制氧氮一直被冷凍分離技術所壟斷，這種狀況一直維持到70年代；之后變壓吸附技術開始應用于空氣分離領域并得到了迅猛的發展，目前變壓吸附空氣分離的產量已占空分總產量的20％左右，而且仍在增長。

與冷凍分離技術相比，變壓吸附技術具有流程簡單、投資少、效率高、結構緊湊等優點，其缺點是能耗略高、氧氣收率較低。目前在大規模空氣分離領域，變壓吸附技術仍無法與冷凍分離法競爭，但在中小規模空氣分離領域，變壓吸附空分技術的綜合效益要明顯優于冷凍分離法，因此在中小規模空分上變壓吸附技術得到了廣泛的應用。

PSA空分制氧技術的關鍵是富氧吸附劑的研究與開發。我們知道，沸石分子篩上的陽離子與氮分子的四極矩之間的作用較強，因此氮氣在分子篩上的吸附能力要比氧氣強(純組分吸附量的比值大于2)，這就是分子篩能夠用于PSA空分制氧的原因。顯而易見，吸附劑對氮氣的吸附量和氮氧分離系數是決定PSA制氧裝置的規模和技術經濟指標最關鍵的因素；傳統的富氧吸附劑5A和13X分子篩，由于其氮氣吸附量小、氮氧分離系數較低，嚴重束縛了PSA制氧技術的發展。基于這種狀況，國外許多公司如美國UCC、APCI、Praxair等都積極進行新型富氧吸附劑的研究開發，申請了大量的專利。從文獻來看，新型富氧吸附劑的研制已取得了突破性進展并得到應用。與傳統的富氧吸附劑相比，新型空分富氧吸附劑對氮氣的吸附能力和氧、氮的分離系數大幅度提高，使得PSA制氧裝置的綜合技術經濟指標有了質的飛躍。

X型分子篩與八面沸石具有相同的硅(鋁)氧骨架結構，天然生長的礦物叫八面沸石，人工合成的分子篩則按照硅鋁比(SiO₂/Al₂O₃)的不同而有X型分子篩和Y型分子篩之分。習慣上，把SiO₂/Al₂O₃的摩爾比大于3.0的叫Y型分子篩，把SiO₂/Al₂O₃的摩爾比在2.2-3.0之間的叫X型分子篩。X型分子篩屬立方晶系，晶胞參數a為2.486-2.502nm，X型分子篩在結構上與天然八面沸石類似，它是按金剛石的晶體那樣相連接的。用β籠代替金剛石結構中的C原子，相鄰的β籠之間通過六方柱籠相接，這樣每個β籠用四個六元環按四面體方向與其它β籠相接，就形成了八面沸石的三維骨架。由β籠與六方柱籠圍成了八面沸石籠(又成超籠)。八面沸石籠之間通過十二元環相連通，就成為八面沸石的主通道，孔徑為

由于骨架上鋁原子為三價，所以鋁氧四面體中有一個氧原子的價電子沒有得到中和，這樣就使整個鋁氧四面體帶有一個負電荷。為保持電中性，在鋁氧四面體附近必須有一個帶正電荷的金屬陽離子(M⁺)來抵消負電荷。一般情況下，合成沸石中，金屬陽離子為鈉(或鉀)離子，而這些陽離子很容易被其它離子交換出來。交換后的分子篩表現出優良的吸附性能。X型沸石分子篩屬于低硅沸石(硅鋁比小于3)，習慣上把硅鋁比為2～2.2的X型沸石分子篩稱為低硅鋁沸石分子篩(LSX)，這是規則所允許的最低硅鋁比。由于X型分子篩較低的硅鋁比，可以有更多的陽離子能夠被交換，從而表現出更好的吸附性能。Baksh等發現LiX分子篩對氮氣的吸附容量比NaX高出50％，而Li-LSX比普通X分子篩具有更大的氮吸附容量和氧氮吸附能力。

國內變壓吸附空分制氧技術近年來有快速的發展，特別是在新型吸附劑的研究開發方面。但是，目前國內的制氧裝置基本還在使用傳統的5A和13X分子篩作為富氧吸附劑，新型的高效的吸附劑有待進一步的開發。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足提供一種制備具有介微孔層序結構的LSX分子篩的方法。

本發明的技術方案如下：

用作空分富氧吸附劑的介微孔層序結構LSX分子篩的合成方法，包括以下步驟：

A1、合成分子篩原粉；具體步驟：