[發明專利]硼酸改性分子篩及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911088466.0
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110773121B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 羅仕忠;王榮;沈俊;敬方梨;周慧;把余德;黎志敏
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: B01J20/18
• 分類號: B01J20/18;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 成都希盛知識產權代理有限公司 51226
• 代理人: 張徭堯;武森濤

本發明涉及硼酸改性分子篩及其制備方法和應用，屬于吸附劑技術領域。本發明解決的技術問題是提供硼酸改性分子篩的制備方法。該方法采用硼酸溶液對分子篩進行浸漬后，固液分離，固體干燥后焙燒，得到硼酸改性分子篩。本發明通過對分子篩進行浸漬改性，成功制備得到硼酸改性分子篩，其制備方法簡單可控，能耗低，成本低，且得到的改性分子篩，可作為N₂/CH₄、O₂/CH₄、(N₂+O₂)/CH₄等體系的選擇性吸附劑，尤其是在分離N₂/CH₄時，CH₄的吸附量低，氮氣甲烷的分離比大，可應用在煤層氣、油田氣或生物氣中提純甲烷。

技術領域

本發明涉及硼酸改性分子篩及其制備方法和應用，屬于吸附劑技術領域。

背景技術

甲烷(CH₄)，可作為燃料，如天然氣和煤層氣，廣泛應用于民用和工業中；也可作為化工原料，可以用來生產乙炔、氫氣、合成氨、碳黑、硝氯基甲烷、二硫化碳、一氯甲烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳和氫氰酸等；此外，甲烷是一種溫室效應顯著的溫室氣體，CH₄為CO₂分子溫室效應的21倍，對臭氧層破壞能力是二氧化碳的7倍，將CH₄排放到大氣中，一方面造成了資源的嚴重浪費，另一方面導致溫室效應。因此，對油田氣(Oil field gas)、煤層氣(Coalbed methane，CBM)和生物氣體(Biogas)等資源中CH₄的利用，具有節能和環保的雙重意義。

油田氣、煤層氣和生物氣中通常含有一定濃度的氮氣和氧氣，導致甲烷的純度和熱值較低，無法達到工業標準，同時氧氣的存在增加了其發生爆炸的風險。為了濃縮利用這部分CH₄濃度較低的資源，需要對N₂、O₂和CH₄的混合氣體進行分離。目前開發和研究的技術主要有膜分離技術、低溫深冷分離技術和變壓吸附分離技術等。其中，變壓吸附技術(PSA)是一種新型氣體吸附分離技術，具有設備簡單、操作靈活、維護簡便、運行能耗低、投資少性能好等優勢，被認為是最可能實現充分利用CH₄資源的氣體分離技術。

PSA的核心在于其中的吸附劑，吸附劑的性能決定了其能否實現混合氣體的分離以及分離的效果。理論上，煤層氣、天然氣油田氣等的主要組成是CO₂、CH₄和N₂等，CO₂和CH₄分子的物理性質差別大，易于分離，但N₂和CH₄的臨界溫度都很低，二者物理性質相近，動力學直徑相近，不易分離，因此，CH₄氣體分離的核心技術是在于CH₄與N₂的有效分離。

碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，簡記為CMS)是20世紀七十年代發展起來的一種新型吸附劑，是一種優良的非極性碳素材料，它的孔徑多在0.3nm～1nm之間，主要用于多種混合氣體的分離。目前，它是工程界首選的變壓吸附空分富氮吸附劑，但CH₄與N₂的分離中，傳統CMS的分離效率不高，需要對其進行改進。

專利CN101596445A公開了一種碳分子篩吸附劑的制備方法，以高分子聚合物為原料，經過固化、干餾、細粉碎、成型、碳化活化和碳沉積調孔制備工藝，制備了用于低濃度瓦斯氣變壓吸附分離CH₄氣的碳分子篩，該碳分子篩對CH₄具有高吸附量，選擇吸附系數大，強度好，成本低，無污染，其性能已達到或超過日本樣品碳分子篩水平。但是，該吸附劑主要是吸附CH₄，還需進行解吸，才能達到對CH₄有效利用的目的。