[發明專利]一種Ce-LiX高性能氧氣吸附材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201410116923.3
• 申請日: 2014-03-27
• 公開（公告）號: CN103933933A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 朱孟府;鄧橙;左蕊;陳平;朱路;宿紅波;苑英海
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 仝林葉

技術領域

????本發明屬于功能分離材料制備技術領域，具體涉及一種具有高性能氧氣吸附功能的Ce-LiX沸石材料及其制備方法。

背景技術

氧氣是人類賴以生存的基礎，并作為一種重要的化工原料廣泛應用于化學合成、漁業養殖、隧道施工、高原作業、鋼鐵冶煉、有色冶金、石油化工、環境保護等方面。目前，氧氣主要采用深冷空分法制備，然而該方法工藝復雜、設備占地大、投資高、環境要求嚴格、耗時長，不適于產氧規模小、現場快速機動制備氧氣。變壓吸附（Pressure?Swing?Adsorption，PSA）空分制氧技術始于20世紀60年代，具有工藝簡單、操作方便、投資少、能耗低、自動化程度高等優點，正得到國內外越來越多的關注。

變壓吸附法是根據空氣物理成分的特點，基于吸附劑對混合氣體中各組分的選擇吸附性，通過壓力的變化使混合氣體在吸附劑中吸附和脫附交替進行的循環過程，從而使混合氣體分離以制取所需氣體。變壓吸附法制氧成本低，生產流程較簡單，常溫運行，整個生產過程無污染，且可完全實現自動化，但所制備氧氣純度受吸附劑吸附能力的影響較大，吸附劑吸附性能的高低在很大程度上決定了變壓吸附工藝制備的氧氣濃度的高低，因此開發高效吸附劑是變壓吸附空氣分離技術發展的關鍵。

目前，國內外研究最多的吸附劑主要為氮氣吸附材料，代表性的有CaA、CaX、NaX、LiX等，其分離原理是基于吸附劑對空氣中氮、氧的選擇性吸附，利用氮氣和氧氣的吸附量、吸附速度、吸附力的差異，以及吸附量隨壓力變化的特性，加壓吸附、降壓解吸，從而實現氮氧分離。但是，這些吸附材料對空氣中的氧氣和氬氣的吸附等溫線幾乎相同，導致其對氧氣和氬氣基本無選擇性，即使所有氮氣均被沸石吸附，分離出的富氧產品氣中也含有約5%的氬氣，從而使得采用氮吸附劑的變壓吸附法很難產生濃度大于95%的氧氣。

為此，近年來人們逐漸將研究重點放在提高吸附材料對于氧氣的吸附能力上，通過改變分離吸附方式，采用氧吸附劑代替傳統的氮吸附劑來制備高純度氧氣。美國專利US?Patent?339872報道了一種能夠將氧氣從氣體混合物中分離出的氧選擇性吸附劑，具有較高的選擇性、吸附容量和較快的吸收速率。該吸附劑在高表面積的基體上負載一種均勻地相互隔開過渡元素配合物，氧吸附容量大于0.3mmol/g，氧吸收速率大于0.3mmol/g，應用于變壓吸附工藝可制備純度大于99%的氧氣。但是這類過渡元素吸附劑難以制造，成本高昂，同時對氣體中的微量雜質比較敏感，實際應用困難。

中國專利ZL200710121786.2介紹了一種制備鋰型低硅鋁X型沸石分子篩的離子交換方法，通過鋰離子水溶液交換，使鈉型低硅鋁X型沸石分子篩(Na-LSX)具有一定的鋰離子交換度，然后利用固相交換法得到鋰型低硅鋁X型沸石分子篩(Li-LSX)，該材料還是屬于X型沸石分子篩，氧氣吸附性能較差。中國專利ZL?201010023049.0報道了一種X型沸石分離材料，是由鈉X型硅鋁酸鹽晶體為骨架經改良而制得，鈉X型硅鋁酸鹽硅鋁比較高，改性后的材料其氧吸附容量較低。中國專利ZL?201110305323.8介紹了一種Li改性X分子篩及其制備方法，將X分子篩原粉先與銨鹽交換，然后采用浸漬方法將鋰鹽溶液浸漬到分子篩上去，再干燥、焙燒得到Li改性X分子篩（LiX），該材料也是屬于X型沸石分子篩，沒有進行鈰改性，對氧氣的吸附性能較差。

發明內容

針對現有氧氣吸附材料制備技術方面的不足，本發明的目的在于克服現有技術的上述缺陷，提供一種制備工藝簡單，易于操作，不產生污染，氧氣吸附性能好的沸石材料及其制備方法。

本發明一種Ce-LiX高性能氧氣吸附材料，其特征在于，該Ce-LiX材料由低硅鋁比X沸石經鈰離子水熱反應改性制得，其硅鋁比為1.0～1.2，比表面積為400～700m²/g，氧吸附量為10.0～15.0ml/g。

本發明所述一種Ce-LiX高性能氧氣吸附材料的制備方法是，首先對低硅鋁比X沸石LSX進行預處理，然后采用鋰離子、鈰離子在水熱反應條件下依次對LSX進行離子交換反應，最后經抽濾、去離子水洗滌、活化即獲得Ce-LiX氧氣吸附沸石材料；

具體步驟如下：

1）預處理：將低硅鋁比X沸石LSX放入真空干燥箱，在120～200℃溫度下活化1~4h，或在摩爾濃度為0.1～1mol/L的無機堿溶液中進行活化處理，然后烘干，置于干燥器中備用；