[發明專利]一種高氮碳基磷酸鋯廣譜性氣體吸附劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110410712.0
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113101891B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 梁棟;周慧晴;張曉雨;孟慧琴;張瑞琴;史雍何
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 翟沖燕

本發明屬金屬碳基復合材料以及環境工程應用技術領域，為解決目前并沒有磷酸鋯材料表現出對酸性和堿性氣體分子兼有容納吸附功能，提供一種高氮碳基磷酸鋯廣譜性氣體吸附劑及其制備方法和應用。以三聚氰胺鋯配合物與殼聚糖甲醛聚合物為前驅體，添加銅、鋅、鈰、錳金屬鹽溶液組分，加入磷酸得濕凝膠，濕凝膠填充在模具上或涂覆于空氣濾材上，真空冷凍干燥和熱解炭化，為高氮碳基磷酸鋯廣譜性氣體吸附劑。對NH₃、SO₂和H₂S等性質差異氣體的容納能力顯著高于現有商品碳和多數廣譜性吸附劑，制備過程相對溫和、原料易得，適用于各種廢氣處理裝置和空氣過濾裝置加工，使用時不易受溫度、濕度、VOCs等環境因素影響，有良好的商業應用前景。

技術領域

本發明屬于金屬碳基復合材料以及環境工程應用技術領域，具體涉及一種高氮碳基磷酸鋯廣譜性氣體吸附劑及其制備方法和應用，該氣體吸附劑用于NH₃、SO₂和H₂S的廣譜性氣體吸附材料。

背景技術

隨著城市化程度提高和工業活動的加劇，有毒有害氣體的排放、混合著空氣霧霾和流行疫病的發生，日益影響人民群眾的健康并受到環境衛生部門的關注。然而常規環境吸附材料與技術一般只針對一類或若干性質相似的污染物，在大氣環境工程領域以及處理某些應急事故和個人防護時卻要同時面臨性質顯著差異的多種氣體，例如酸性二氧化硫/硫化氫與堿性氨氣、無機氣體與有機VOCs等共存，這就要求開發一種具有多功能廣譜性的吸附劑，使材料上能攜帶多種吸附位點并協同作用于各種有毒有害氣體污染物。

Gregory W. Peterson等人在研究一種MnOx干凝膠或氣凝膠時（ACS AppliedMaterials Interfaces, 2016, 8, 1184-1193）明確提出了廣譜性氣體吸附劑的概念（broad-spectrum sorbents），這種由NaMnO₄和反丁烯二酸通過溶膠-凝膠法制備的凝膠狀吸附劑，對NH₃、SO₂和H₂S的吸附容量分別達到39、200和680 mg/g。M. Douglas LeVan等人將MCM-41分子篩的模板劑炭化得到介孔碳硅復合材料（carbon-silica composites），使負載30 wt% Cu(NO₃)₂之后對NH₃和SO₂的吸附容量分別達到4.0和0.45 mmol/g（Microporous Mesoporous Materials, 2016, 221, 197-203），使負載ZnCO₃之后對NH₃和SO₂的吸附容量分別達到4.2和0.59 mmol/g（Adsorption, 2017, 23: 87-99）。Jennifer V. Romero等人將ZnO/CuO/CuCl₂負載到活性炭上，對SO₂和NH₃的吸附容量分別達到0.53和0.94 mmol/g（ACS Combinatorial Science, 2012, 14, 31-37），將CuO/ZnO/Mn₃O₄負載到活性炭上，對SO₂和NH₃的吸附容量分別達到1.2和0.7 mmol/g（ACS Combinatorial Science, 2013, 15,101?110）。

上述與氣體分子作用的均為金屬氧化物或金屬鹽組分。如羥基、氨基、異氰酸、脲基、甲基丙烯酰氧丙基等通過嫁接方式引入到介孔MCM-41分子篩，證明有機官能團對酸性和堿性氣體分子具有較好的吸附能力，對SO₂和NH₃的吸附容量最高達到0.85和7 mmol/g（Langmuir 2012, 28, 17450-17456）。