[發明專利]一種吸附劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811029468.8
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN110876923B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 吳雅琪;袁丹華;陳兆安;徐云鵬;劉中民
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/047
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 楊曉云

本申請公開了一種吸附劑及其制備方法和應用，所述吸附劑包含咪唑類化合物修飾的改性分子篩；其中，所述改性分子篩為經過離子交換的分子篩。所述制備方法，采用分子篩為原料，經過離子交換，再用咪唑類化合物進行修飾得到的吸附劑。本申請制備的吸附劑，降低了分子篩骨架表面極性，提升吸附劑對甲烷的選擇性，甲烷/氮氣分離比高達3.5以上，體現出高效的甲烷/氮氣吸附分離性能，能夠實現變壓吸附中甲烷/氮氣的有效分離，滿足工業變壓吸附分離甲烷/氮氣的要求，降低工業運行成本。

技術領域

本申請涉及一種吸附劑及其制備方法和應用，屬于化學材料領域。

背景技術

從甲烷中分離氮氣對于廣泛應用的天然氣具有非常重要的意義，由于氮氣的存在會降低天然氣的熱值，通常含有一定量氮氣的天然氣需要提升濃度以滿足管道輸送最小熱值的要求。由于甲烷與氮氣的動力學直徑差別很小(CH₄為N₂為)，且二者都是非極性分子，甲烷具有較高的極化率，氮氣則具有偶極矩，使得二者分離十分困難。目前正在使用的甲烷和氮氣的分離技術就是低溫蒸餾，但低溫蒸餾十分耗能，低溫液化以及重壓縮成本高，并且只有在含氮氣量較高的情況下才比較合適。對于甲烷氮氣分離來說，最理想的分離技術就是吸附也是目前研究的最多的，因為其在常溫下操作且能得到壓力較高的產品氣體，低耗能且低成本。

近年來，變壓吸附(pressure swing absorption,PSA)工藝以操作靈活方便、投資少、性能好的優勢，成為了濃縮甲烷/氮氣的最受關注的技術。影響PSA分離甲烷/氮氣非常關鍵的因素是吸附劑，目前所采用的吸附劑一般較難滿足甲烷/氮氣的吸附選擇性分離要求。

發明內容

根據本申請的一個方面，提供了一種吸附劑，所述吸附劑可用作甲烷/氮氣分離吸附劑，以提高CH₄/N₂分離比，實現甲烷與氮氣的有效分離。

本申請中所述吸附劑為咪唑化合物對改性分子篩進行內部修飾。其中，所述咪唑類化合物為一種單純化合物分子。

本發明提供一種甲烷/氮氣分離吸附劑的制備方法，所述的方法具體是以分子篩為原料，先在40-80℃條件下，對分子篩進行離子交換，然后在25-95℃的條件下，與咪唑類化合物反應對分子篩進行修飾，即可制得所述吸附劑。

所述吸附劑，其特征在于，包含咪唑類化合物修飾的改性分子篩；其中，所述改性分子篩為經過離子交換的分子篩。所述吸附劑為咪唑類化合物修飾過的分子篩。

所述咪唑類化合物以鍵合的方式修飾改性分子篩。

可選地，所述經過離子交換的分子篩中金屬元素的質量百分含量0.5％～20％。

可選地，所述經過離子交換的分子篩中金屬元素的質量百分含量0.7％～15％。

可選地，所述咪唑類化合物對分子篩的內部起到了一個修飾的作用，未在分子篩內部或外部形成有序結構。

可選地，所述吸附劑為咪唑類化合物修飾的改性分子篩。

可選地，所述離子交換選自氫離子交換、金屬離子交換中的至少一種。

可選地，所述離子交換包括H⁺交換、Cu²⁺交換、Co²⁺交換、Cr³⁺交換、Fe³⁺交換、In²⁺交換、Zn²⁺交換、Mn²⁺交換、Fe²⁺交換中的至少一種。

可選地，所述咪唑類化合物選自咪唑、2-甲基咪唑、N-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、苯并咪唑中的至少一種。