[發(fā)明專利]一種斜發(fā)沸石與微晶復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310529665.0
• 申請日: 2023-05-11
• 公開（公告）號: CN116532097A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫繼紅;周嘉偉;崔雪晴;劉明;白詩揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;B01D53/02;C10L3/10
• 代理公司: 北京匯信合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11335
• 代理人: 林聰源

本發(fā)明公開了一種斜發(fā)沸石與微晶復(fù)合材料的制備方法，包括：將堿源、硅源、鋁源、水、表面活性劑混合均勻并攪拌至澄清，得到溶液Ⅰ；將晶種加入到溶液Ⅰ中進(jìn)行水熱晶化，反應(yīng)完成后冷卻至室溫，并經(jīng)固液分離、洗滌、干燥，得到固體Ⅰ；將固體Ⅰ、高分子分散劑、可溶金屬鹽、有機(jī)配體和有機(jī)溶劑通過超聲振蕩且混合均勻后，得到溶液Ⅱ；將溶液Ⅱ進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)，反應(yīng)完成后冷卻至室溫，并經(jīng)固液分離、洗滌、干燥，得到斜發(fā)沸石與微晶復(fù)合材料。本發(fā)明具有反應(yīng)時間短、產(chǎn)率高、能耗低、操作簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，在純化煤層氣(吸附分離甲烷與氮?dú)?中表現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種斜發(fā)沸石與微晶復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

天然氣作為一種清潔能源,能夠減少二氧化硫和粉塵的排放量，也減少了煤和石油的用量，從而改善環(huán)境污染等問題，從根本上改善了環(huán)境質(zhì)量，減緩了地球溫室效應(yīng)。。隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，盡管我國天然氣產(chǎn)量不斷提高，但天然氣產(chǎn)量仍然無法滿足加速增長的天然氣需求，故煤層氣資源的開發(fā)利用技術(shù)受到了人們的廣泛關(guān)注，如何高效節(jié)能回收提純低品質(zhì)煤層氣中甲烷的技術(shù)成為了研究重點(diǎn)。煤層氣中含有甲烷和氮?dú)獾葰怏w，提純的主要目的是將煤層氣中的氮?dú)獬ィ岣呒淄闈舛龋捎诩淄楹偷獨(dú)夥肿游锢硇再|(zhì)相似，故分離難度較大。目前常用分離方法包括變壓吸附法、低溫精餾法、溶劑法、合成水合物法以及膜分離法，吸附法具有設(shè)備簡單、操作方便、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，但如何制備出具有甲烷/氮?dú)飧哌x擇性吸附劑材料仍然是研究的重點(diǎn)。

斜發(fā)沸石是是沸石礦物中最豐富的一種，其骨架由硅、鋁、氧等元素組成，同時具有一個十元環(huán)和兩個八元環(huán)的交叉結(jié)構(gòu)；斜發(fā)沸石因其獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)、離子交換性能和高吸附容量等特點(diǎn)在氣體分離、工業(yè)催化、土壤改良以及廢水處理等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。賈冰瑩和張銘軒等人(中國發(fā)明專利申請?zhí)?02110167793.6，202110167804.0)采用季銨鹽和二元醇等表面活性劑作為添加劑，并通過水熱合成、超聲處理以及酸洗等方法合成出無序堆積且具有片狀形貌的斜發(fā)沸石。

Kennedy等人(Microporous?and?Mesoporous?Materials,2019,274:327-341)利用Fe³⁺，Ca²⁺和Cs⁺陽離子交換斜發(fā)沸石，研究了其CO₂，CH₄和N₂的吸附平衡行為，同時進(jìn)行了熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析。結(jié)果表明，Ca²⁺斜發(fā)沸石在273K和0.001atm下的CO₂/CH₄選擇性在300以上，而當(dāng)壓力增加到1atm時，溫度和壓力對CO₂/CH₄選擇性的影響較小，從273K和10atm時的4.5變?yōu)?73K和1atm時的25。由此可知，溫度上升，吸附劑容量降低，而理想選擇性和吸附動力學(xué)則隨著溫度的升高而升高。同時原始斜發(fā)沸石的N₂/CH₄理想選擇性在273K和0.001atm時為0.3()，在373K和0.001atm時增加到5.5；Cs⁺斜發(fā)沸石的CH₄/N₂理想選擇性在273K和10atm時約為1，在373K和0.001atm時增加到10。相比之下，F(xiàn)e³⁺斜發(fā)沸石的CH₄/N₂分離系數(shù)(3～6)在所研究的溫度和壓力范圍內(nèi)變化較小。綜上結(jié)果表明，Cs⁺和Fe³⁺交換后斜發(fā)沸石的CH₄/N₂理想選擇性均高于原始斜發(fā)沸石。