[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于提取甲烷的液體多孔材料的制備方法及應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710012908.8
• 申請(qǐng)日: 2017-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106748617A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫鑫;孫麗娜;寧平;李凱
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C07C7/11
• 分類(lèi)號(hào): C07C7/11;C07C9/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于提取甲烷的液體多孔材料的制備方法及應(yīng)用，屬于垃圾填埋氣的凈化提濃領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)城市固體廢物的產(chǎn)生量迅速增加。垃圾產(chǎn)生量大幅度增加的同時(shí)垃圾中可生物降解的有機(jī)物含量也大幅度增加，有機(jī)生活垃圾處理過(guò)程中產(chǎn)生大量的填埋氣，填埋氣中有50-60%是甲烷，其余是二氧化碳、氮?dú)狻⒀鯕夂推渌⒘繗怏w。甲烷是溫室效應(yīng)氣體，也是一種可燃?xì)怏w，如不處理排放，不僅會(huì)污染環(huán)境，造成嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，還容易發(fā)生著火和爆炸事故，是重大的安全隱患。目前對(duì)于垃圾填埋氣中甲烷提取方法研究較少，專(zhuān)利CN 103159580需將垃圾填埋氣壓縮至較大壓力，壓縮過(guò)程中會(huì)造成危險(xiǎn)，且需要加熱到高溫才可以進(jìn)行提取實(shí)驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于提取甲烷的液體多孔材料的制備方法，并將制得的液體材料用于提取垃圾填埋氣中的甲烷，將含有各種雜質(zhì)的垃圾填埋氣制成高濃度的甲烷氣體用作燃料。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于提取甲烷的液體多孔材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）在氮?dú)夥諊拢?,3-O-異亞丙基-D-蘇醇與氫化鈉、1,4-二氧六環(huán)制得的混合液Ⅰ在60-70℃反應(yīng)1-1.5h，再加入由四乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯制得的混合液Ⅱ，在90-100℃反應(yīng)22-23h得到產(chǎn)物S1，產(chǎn)物S1用三氯甲烷和水萃取，三氯甲烷層（下層）用硫酸鈉干燥脫水，再真空濃縮；

（2）將濃縮后的產(chǎn)物S1加入鹽酸、甲醇在室溫下反應(yīng)18-20h得到產(chǎn)物S2，產(chǎn)物S2用飽和碳酸氫鈉溶液和三氯甲烷萃取，三氯甲烷層（下層）用硫酸鎂干燥脫水，再真空濃縮；

（3）濃縮后的產(chǎn)物S2在氮?dú)夥諊录尤肴野贰⒍燃淄樵?-2℃反應(yīng)10-15min，再加入甲磺酰氯，反應(yīng)1-1.5h，然后在常溫下反應(yīng)1-1.5h得到產(chǎn)物S3，產(chǎn)物S3用飽和碳酸氫鈉溶液和二氯甲烷萃取，二氯甲烷層（下層）用硫酸鎂干燥脫水，再真空濃縮；

（4）在氮?dú)夥諊略诙讈嗧恐屑尤氙B氮化鈉制得溶液Ⅰ，另將濃縮后的產(chǎn)物S3和15-冠醚-5溶解到二甲亞砜中制得溶液Ⅱ，然后將兩個(gè)溶液混合，在100-120℃反應(yīng)48-50h得到產(chǎn)物S4，產(chǎn)物S4用乙醚和水萃取，乙醚層（上層）經(jīng)真空濃縮；

（5）將濃縮后的產(chǎn)物S4放入水熱反應(yīng)釜，并加入鈀碳和乙醇，在2-2.5MPa氫氣氣氛下反應(yīng)48-50h，濃縮即得所述液體多孔材料。

步驟（1）中，混合液Ⅰ中2,3-O-異亞丙基-D-蘇醇與氫化鈉、1,4-二氧六環(huán)的質(zhì)量比為3:8:1000-3:8:1040，混合液Ⅱ中四乙二醇二對(duì)甲苯磺酸酯與1,4-二氧六環(huán)的質(zhì)量比為1:65-1:70；混合液Ⅰ與混合液Ⅱ的質(zhì)量比為1.7:1-2:1。

步驟（2）中產(chǎn)物S1與鹽酸、甲醇的比例為1g:1mL:3mL-1g:2mL:3mL，鹽酸的濃度為2-3mol/L。

步驟（3）中產(chǎn)物S2與三乙胺、二氯甲烷的比例為1g:4mL:22mL-1g:4mL:25mL；產(chǎn)物S2與甲磺酰氯比例為1g:1mL-1g:3mL。

步驟（4）中，制備溶液Ⅰ時(shí)，二甲亞砜與疊氮化鈉體積比為1:1-2:1；制備溶液Ⅱ時(shí)，產(chǎn)物S3與15-冠醚-5、二甲亞砜的比例為10g:1mL:15mL-10g:1mL:30mL；溶液Ⅰ與溶液Ⅱ體積比為2:1-3:1。

步驟（5）中產(chǎn)物S4與鈀碳、乙醇的比例為7g:1g:100mL-7g:1g:140mL。

進(jìn)一步地，產(chǎn)物S1、S2、S3、S4經(jīng)真空濃縮后，用柱色譜進(jìn)行提純后再用于下一步驟。

將制得的液體多孔材料用于提取垃圾填埋氣中的甲烷，當(dāng)其失活后可以通過(guò)加熱的方式恢復(fù)活性，重復(fù)使用，具體再生方法為：將失活的液體多孔材料在100-120℃、1000-1200r/min的條件下加熱6-8h，然后40-60℃超聲1-2h即可。

本發(fā)明的有益效果為：

（1）本發(fā)明方法較為簡(jiǎn)單、耗能很少；

（2）用本發(fā)明制得的液體多孔材料處理垃圾填埋氣中的甲烷，只是一個(gè)簡(jiǎn)單吸附反應(yīng)，不需要高溫條件，在常溫常壓下就可以提取垃圾填埋氣中的甲烷，能夠有效的回收利用垃圾填埋氣中的甲烷，達(dá)到垃圾填埋氣回收利用、節(jié)能減排、變廢為寶的效果；

（3）失活后的液體多孔材料通過(guò)加熱處理后可以循環(huán)再生；

（4）凈化提濃甲烷過(guò)程中無(wú)需先脫氧，可直接對(duì)甲烷進(jìn)行提取；

（5）凈化提濃過(guò)程中無(wú)連續(xù)污染物排放，雜質(zhì)可以固化收集。

具體實(shí)施方式