[發明專利]一種基于動力學分離的生物質氣體吸附劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201610946786.5
• 申請日: 2016-10-26
• 公開（公告）號: CN106362682B
• 公開（公告）日: 2018-10-09
• 發明（設計）人: 陳澤智;龔惠娟;苗鑫梅
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/30;C10L3/10
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種基于動力學分離的生物質氣體吸附劑及其制備方法，所述吸附劑對氮氣的吸附速率快于對甲烷的吸附速率；本發明提出了基于動力學吸附速率差異來進行變壓吸附分離的甲烷/氮氣分離技術，在該吸附分離過程中，使吸附劑對氮氣的吸附速率快于對甲烷的吸附速率，這樣無論吸附劑對氮氣的平衡吸附量是比對甲烷的平衡吸附量大還是小，只要氮氣的吸附速率比甲烷的吸附速率快到一定程度后，就能體現出較好的分離效果而且甲烷損失也不大。本發明提出的基于動力學分離的生物質氣體吸附劑能獲得具有高氮氣/甲烷吸附速率比的吸附材料，具有在基于動力學差異的甲烷提純處理中的應用前景。

技術領域

本發明屬于吸附材料技術領域，特別涉及一種基于動力學分離的生物質氣體吸附劑及其制備方法。

背景技術

在垃圾填埋氣等生物質氣體提純處理中，需要將其中的雜質性組分分離掉，以提高甲烷的純度。垃圾填埋氣中主要雜質性組分包括二氧化碳、氧氣、氮氣、水蒸氣以及硫化氫等，在對這些雜質組分脫除凈化中，以脫氮處理的難度最大，這是因為氮氣含量并不很高（在0.5～8.0%范圍），若采用常規的低溫液化、變壓吸附等技術，不僅運行成本高，而且在運行過程中產生的甲烷損失量很大，導致經濟性變差。因此，針對其氮氣組分含量范圍特點，開發出便于工程應用的脫氮技術是該領域的一個重點研發技術。

在垃圾填埋氣提純技術中，已能較為經濟地脫除其中二氧化碳、氧氣、水蒸氣、硫化氫等組分，這樣就能獲得主要包含甲烷和氮氣的雙組分體系，而在這個體系中由于甲烷含量已經很高（可以達到80～90%），若采用常規變壓吸附技術，也就是基于熱力學平衡吸附量差異的分離，是難以達到工程應用要求的，即若以甲烷為吸附態組分進行吸附（此時吸附劑對甲烷的吸附量高于對氮氣的吸附量），則會造成甲烷損失很大情況，而若以氮氣為吸附態組分進行吸附（此時吸附劑對氮氣的吸附量高于對甲烷的吸附量），由于氮氣的分壓要遠低于甲烷，所以實際上還會有較大量的甲烷被吸附在吸附劑上并通過再生造成損失。因此，基于熱力學平衡吸附量差異來進行變壓吸附，是難以滿足實際應用要求的。

根據上述分析，本發明提出了基于動力學吸附速率差異來進行變壓吸附分離的甲烷/氮氣分離技術，在該吸附分離過程中，使吸附劑對氮氣的吸附速率快于對甲烷的吸附速率，這樣無論吸附劑對氮氣的平衡吸附量是比對甲烷的平衡吸附量大還是小，只要氮氣的吸附速率比甲烷的吸附速率快到一定程度后，就能體現出較好的分離效果而且甲烷損失也不大。為了能獲得具有高氮氣/甲烷吸附速率比的吸附材料，經過長期研究，開發出了一種新型的吸附材料，具有在基于動力學差異的甲烷提純處理中的應用前景。

發明內容

為了解決現有技術中的問題。本發明提供一種基于動力學分離的生物質氣體吸附劑及其制備方法，此方法制備的吸附劑對氮氣的吸附速率快于對甲烷的吸附速率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于動力學分離的生物質氣體吸附劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）分子篩原料制備：首先把10～20g硅酸鈉溶液、5～10g偏鋁酸鈉加入到30g去離子水中，在50℃下攪拌使其混合均勻；然后依次將1～3g三乙烯四胺、2～7g 氯化鈉、1～3g氯化鉀和2～4g四氯化鈦加入到上述溶液中，持續攪拌60min；將所得懸浮液轉移到高壓反應釜中，于250℃靜態水熱反應48h；冷卻至室溫，經過濾、洗滌并于70℃干燥10h，得到分子篩原料；

（2）離子交換：配置含有MnCl₂、ZrCl₂、CeCl₂中的一種、兩種或三種物質的水溶液作為離子交換溶液，按分子篩原料與離子交換溶液質量比為1:20，向離子交換溶液中加入分子篩原料，溶液加熱到65℃交換24h，過濾，得到分離的固液兩相，將濾液作為廢液處理，將固體105℃烘干后再次加入新鮮的離子交換溶液，重復進行離子交換；

（3）烘干：交換完成后過濾水洗，直到不含Cl^-離子，然后置于烘箱中105℃烘干，得到離子交換后的材料；