[發明專利]多級孔分子篩及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202010352133.0
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111646485A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 喻正保;史東軍;趙雪源;徐紀清;柴磊昌;邵建偉;駱堅平;郭行;潘濤
• 申請（專利權）人: 北京瀧濤環境科技有限公司
• 主分類號: C01B39/40
• 分類號: C01B39/40;B01D53/02;C02F1/28;B01J29/40;B01J35/10
• 代理公司: 北京格旭知識產權代理事務所(普通合伙) 11443
• 代理人: 雒純丹

本發明涉及一種多級孔分子篩及其制備方法和應用，所述多級孔分子篩由包含下述組分的原料制成：硅源、鋁源、硬模板劑、有機堿和水，所述硬模板劑包括環狀有機化合物，所述環狀有機化合物選自β?環糊精、冠醚、聚醚或杯芳烴類環狀有機化合物。本發明將硬模板劑溶于水中，加入鋁源和硅源，混合均勻后加入有機堿，固化成凝膠，將凝膠晶化，焙燒，去除模板劑后，得到所述多級孔分子篩。本發明所述多級孔分子篩可有效提高揮發性有機化合物的吸附容量，增強傳質效率，所述制備方法工藝簡單，易大規模制備。

技術領域

本發明涉及多孔材料的技術領域，主要涉及分子篩的技術領域，具體涉及一種多級孔分子篩及其制備方法和應用。

背景技術

揮發性有機化合物(VOCs)是一類有機化合物的統稱，是指飽和蒸氣壓在常溫下70Pa、沸點常壓下在50～260℃的有機化合物質，此類化合物對人類的健康有很大危害。VOCs種類包括酮類、烴類、醇類和脂類等。VOCs人為排放量主要來自使用有機溶劑的工業活動、燃料燃燒和交通運輸工程。據統計，我國VOCs的排放量非常大，遠高于粉塵和二氧化硫等污染物的排放量。就目前來看，我國對VOCs排放進行控制的技術還很不成熟，存在較多問題，給VOCs排放控制帶來較大的難度，不利于環境的治理與改善。

目前，常用的吸附材料主要包括活性炭和分子篩，活性炭作為吸附劑存在諸多問題，如再生性能差、使用后很難再生、穩定性差、孔易堵塞、具有可燃性、存在一定的安全問題等。因此，開發新的吸附劑來提高對VOCs的治理控制顯得尤為重要。

分子篩是具有晶體結構和規則孔徑的材料，其中疏水沸石因具有良好的循環使用性、疏水性和熱穩定性等特點而引起廣泛關注。近年來，沸石分子篩及其負載型催化劑在去除VOCs方面有了一定的進展，發展了一系列性能優異的吸附材料，但存在許多問題和挑戰：(1)分子篩孔道結構單一，會阻止分子大于孔道直徑的VOCs組分吸附，吸附容量低；(2)VOCs組分吸附后，傳質效率低。

多級孔分子篩是指存在兩種或以上(微孔、介孔及大孔)孔道的分子篩，與傳統的微孔分子篩相比，其孔道結構更加豐富，尤其是對于大分子VOCs組分吸附容量高，傳質效率好。

發明內容

本發明解決的技術問題是：多級孔分子篩的開發和應用已成為近年來研究的熱點，通常多級孔分子篩的合成有后處理法、建設性方法、模板法。后處理方法也稱破壞性方法，酸性脫鋁及堿性脫硅可能破壞分子篩自身的骨架結構；建設性方法指分子篩納米晶自組裝、重結晶，難以控制反應條件；模板劑方法應用最多，其中模板劑又分為軟模板和硬模板，軟模板劑以有機硅烷應用最多，但其結構復雜、價格昂貴，因此開發更為簡潔廉價、高效的硬模板進行多級孔分子篩合成勢在必行。

本發明的目的是：提供一種多級孔分子篩及其制備方法，尤其是以環狀有機化合物分子為硬模板，得到能高效吸附揮發性有機氣體的多級孔分子篩材料。與普通模板劑相比，環狀有機化合物分子本身具有特殊的空腔結構，可以對多級孔分子篩的介孔結構產生一定的誘導作用，實現分子篩孔道結構可控形成，進一步提高材料對VOCs組分的吸附容量，增強傳質效率。

為解決上述技術問題，本發明首先將環狀有機化合物，例如β-CD加入到混合物體系中，再通過水蒸汽輔助合成性技術，獲得具有高吸附性能的多級孔分子篩材料。

具體來說，針對現有技術的不足，本發明提供了如下技術方案：

一種多級孔分子篩，其特征在于，由包含下述組分的原料制成：

硅源、鋁源、硬模板劑、有機堿和水，所述硬模板劑包括環狀有機化合物，所述環狀有機化合物選自β-環糊精、冠醚、聚醚或杯芳烴類環狀有機化合物。

優選的，所述硬模板劑選自β-環糊精、冠醚或杯芳烴類環狀有機化合物。

優選的，上述多級孔分子篩中，所述硬模板劑選自冠醚或杯芳烴類環狀有機化合物。