一種酸性氣體吸附劑、制備方法和其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種二氧化硫吸附劑，包括：載體和負(fù)載于載體上的三乙醇胺，所述三乙醇胺與載體的重量比為0.1:1～2:1。根據(jù)本發(fā)明的吸附劑，其吸附性能好，不易脫附。在使用時(shí)，吸附劑的用量少，即少量的吸附劑就能達(dá)到較好的吸附效果，使用成本低，具有寬廣的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】-種酸性氣體吸附劑、制備方法和其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及吸附劑領(lǐng)域，具體涉及一種可以吸附酸性氣體的吸附劑。本發(fā)明還涉 及上述吸附劑的制備方法及應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在工業(yè)和生活設(shè)施中，通常會(huì)產(chǎn)生酸性的有毒氣體，如硫氧化物、硫化氫等 等，比如二氧化硫，其對(duì)環(huán)境安全造成極大的威脅。比如，二氧化硫等酸性氣體會(huì)造成酸雨 等。如在室內(nèi)及船體艙室等密閉空間由于含有低濃度的酸性氣體如so 2氣體，會(huì)嚴(yán)重危害 人們的健康。因此，很多科研工作者致力于研究各種吸附劑來(lái)脫除該有害氣體。沸石、埃洛 石、蒙脫石等多孔礦物由于其價(jià)格廉價(jià)、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于脫除有害氣體。但這些 多孔礦物由于具有較低的比表面積，相對(duì)于活性炭等高比表面積的吸附劑來(lái)說(shuō)吸附效果欠 佳且容易發(fā)生脫附?；钚蕴坑捎诰哂休^大的比表面積，因此有較好的物理吸附性能。但是 當(dāng)溫度等條件發(fā)生變化時(shí)，其吸附性能會(huì)發(fā)生變化，吸脫附效果十分明顯，并不能夠很好的 脫除室內(nèi)、艙體等密閉空間的有害氣體。
[0003] 本發(fā)明希望提供一種具有較高的吸附性能，且不易脫附的吸附劑，能夠有效地吸 附酸性氣體如二氧化硫。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種載體負(fù)載活性組分三乙醇胺（TEA)的 吸附劑，能夠有效地吸附酸性氣體如二氧化硫等有害氣體，甚至能夠脫除低濃度的酸性氣 體，特別適合于室內(nèi)、艙體等密閉空間低濃度酸性氣體的脫除。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種酸性氣體吸附劑，包括：載體和負(fù)載于載體上 的三乙醇胺，所述三乙醇胺與載體的重量比為0. 1:1?2:1。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明所述吸附劑的一個(gè)具體實(shí)施例，所述三乙醇胺與載體的重量比為 0. 2:1?1. 5:1，優(yōu)選0. 2:1?1. 2:1。三乙醇胺作為活性組分，當(dāng)其含量過(guò)低時(shí)，使得化學(xué) 吸附作用較弱，當(dāng)三乙醇胺負(fù)載量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致物理吸附性能差，從而影響吸附劑的整體吸 附性。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明，載體負(fù)載活性組分三乙醇胺后得到的吸附劑，能夠有效地吸附酸性 氣體如二氧化硫等有害氣體，甚至能夠吸附低濃度的酸性氣體，吸附量大，不易脫附。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，所述載體選自表面改性的多孔物料，優(yōu)選所述多 孔物料選自5A沸石、埃洛石和凹土中的至少一種。所述多孔物料通過(guò)表面改性，如表面二 氧化硅改性，有利于得到比表面積增大、孔容和孔徑合適的所述載體，進(jìn)而有利于得到吸附 性能更佳的吸附劑。
[0009] 在另一個(gè)具體實(shí)施例中，所述載體的比表面積為500-600m2/g，優(yōu)選540-580m 2/g ; 孔容為 〇· 4-0. 7cm3/g，優(yōu)選 0· 5-0. 6cm3/g ;平均孔徑為 3. 0-4. 5nm，優(yōu)選為 3. 5-4. 2nm。當(dāng)選 用所述載體時(shí)，所得的吸附劑具有相對(duì)較大的比表面積，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，有利于更好地吸附 酸性氣體。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了一種制備上述吸附劑的方法，包括：將載體與 含三乙醇胺的溶液混合，使三乙醇胺負(fù)載于所述載體上，得到所述的吸附劑。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述三乙醇胺的用量與載體的重量比為 0. 1:1?2:1，優(yōu)選0. 2:1?1. 5:1，更優(yōu)選0. 2:1?1. 2:1。在所述重量比范圍內(nèi)，所得吸 附劑具有更好的吸附性能。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的另一個(gè)具體實(shí)施例，所述載體的比表面積為500-600m2/g， 優(yōu)選 540-580m2/g ;孔容為 0. 4-0. 7cm3/g，優(yōu)選 0. 5-0. 6cm3/g ;平均孔徑為 3. 0-4. 5nm，優(yōu)選 為3. 5-4. 2nm。使用所述的載體，由于其比表面積大、孔容高，有利于所得吸附劑具有更好的 吸附性能。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述載體的制備包括：將多孔物料分散 于水中形成混合物，然后加入改性劑，反應(yīng)后，固液分離，焙燒后得到所述載體。所述多孔物 料通過(guò)表面改性，如表面二氧化硅改性，從而得到了比表面積增大、孔容和孔徑合適的所述 載體。
[0014] 在本發(fā)明所述方法的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述方法包括以下步驟：
[0015] 1)將多孔物料分散于水中形成混合物，然后加入改性劑，反應(yīng)后，固液分離，焙燒 后得到所述載體；
[0016] 2)將步驟1)中得到的所述載體與與含三乙醇胺的溶液混合，使三乙醇胺負(fù)載于 所述載體上，得到所述的吸附劑。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的另外一個(gè)具體實(shí)施例，所述改性劑包括二氧化硅的前驅(qū) 體。所述二氧化硅的前驅(qū)體是指能夠水解生成二氧化硅的化合物，如正硅酸乙酯和硅酸鈉 中的至少一種等。在一個(gè)具體實(shí)例中，所述多孔物料選自5A沸石、埃洛石和凹土中的至少 一種
[0018] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個(gè)具體實(shí)施例，所述步驟1)的混合物中還包括堿或酸。 酸或堿的加入能夠促進(jìn)所述前驅(qū)體的水解，有利于得到比表面積增大、孔容和孔徑合適的 載體。所述酸或堿優(yōu)選不會(huì)向沸石中引入其他雜離子的酸或堿，如選用氨水、乙二胺、六甲 基四氣等。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的另一個(gè)具體實(shí)施例，所述混合物中包含表面活性劑。所述 表面活性劑的加入，有利于多孔物料的分散。所述表面活性劑，如優(yōu)選十六烷基溴化銨、三 嵌段表面活性劑P123。在一個(gè)具體實(shí)施例中，將多孔物料體如5A沸石制成粉狀，使其能夠 得到更好的分散。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明所述方法的一個(gè)具體實(shí)施例，當(dāng)多孔物料選用5A沸石時(shí)，其可通過(guò)包 括下述步驟的方法制備：
[0021] (1)載體的制備：首先將球狀5A沸石研磨至粉末狀，然后經(jīng)200目標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩，獲 得粉體，將氨水（25wt% )加入到200毫升的去離子水中，超聲15分鐘，然后將十六烷基三 甲基溴化銨（CTMAB)緩慢加入到氨水溶液中，超聲15分鐘，隨后將粉體的5A沸石緩慢加入 到氨水與CTMAB的混合液中，超聲振蕩15分鐘，將沸石與混合液轉(zhuǎn)移到恒溫磁力攪拌器上 攪拌15分鐘，攪拌狀態(tài)下將正硅酸乙酯逐滴加入到混合液中，恒溫持續(xù)攪拌2小時(shí)后將混 合液經(jīng)抽濾、洗滌、干燥、焙燒等制得MZs (焙燒溫度為550°C )，其中，氨水：十六烷基三甲基 溴化銨（CTMAB) :5A沸石：正硅酸乙酯=9 :3 :3 :5?10(wt% );
[0022] (2)化學(xué)吸附劑的制備：量取TEA，用去離子水溶解；將lg MZs加入到TEA水溶液 中，超聲振蕩15分鐘；然后在70°C恒溫加熱攪拌直至混合液中的水分蒸干；將固體在鼓風(fēng) 干燥箱中30°C干燥6小時(shí)，制備出本發(fā)明所述的化學(xué)吸附劑。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，其步驟簡(jiǎn)便，易于操作，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法得到高性能 的吸附劑。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明的另外一個(gè)方面，提供了一種上述吸附劑或上述方法制備的吸附劑在 吸附酸性氣體中的應(yīng)用。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，所述酸性氣體包括含硫的酸性氣體，如包括硫氧化物和硫化氫中的 至少一種，優(yōu)選為二氧化硫。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的吸附劑，其吸附性能好，不易脫附，甚至能夠吸附低濃度酸性氣體， 如酸性含硫氣體，如二氧化硫，特別適合于室內(nèi)、艙體等密閉空間低濃度酸性氣體的脫除。 在使用時(shí)，吸附劑的用量少，即少量的吸附劑就能達(dá)到較好的吸附效果，使用成本低，具有 寬廣的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1和圖3為不同吸附劑在298K下吸附低濃度S02氣體的穿透曲線圖；
[0028] 圖2為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例在不同反應(yīng)溫度下的穿透曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。
[0030] 測(cè)試方法：采用熱重法（TG)測(cè)定三乙醇胺負(fù)載量，利用N2吸附法測(cè)定比表面積。
[0031] 實(shí)施例1(對(duì)比）
[0032] 首先將球狀5A沸石研磨至粉末狀,然后經(jīng)200目標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩,從而獲得粉體5A沸 〇
[0033] 實(shí)施例2
[0034] 首先將球狀5A沸石研磨至粉末狀,然后經(jīng)200目標(biāo)準(zhǔn)篩過(guò)篩,從而獲得粉體5A沸 石。氨水：十六烷基三甲基溴化銨（CTMAB) :5A沸石：正硅酸乙酯=9 :3 :3 :5?10(wt% )。 將氨水（25wt% )加入到200毫升的去離子水中，超聲15分鐘。然后將CTMAB緩慢加入到 氨水溶液中，超聲15分鐘。隨后將粉體5A沸石緩慢加入到氨水與CTMAB的混合液中，超聲 振蕩15分鐘。將沸石與混合液轉(zhuǎn)移到恒溫磁力攪拌器上攪拌15分鐘，攪拌狀態(tài)下將正硅 酸乙酯逐滴加入到混合液中，恒溫持續(xù)攪拌2小時(shí)后將混合液經(jīng)抽濾、洗滌、干燥、焙燒（溫 度為550°C )等制得載體（即改性的5A沸石MZs，二氧化硅與5A沸石的比例為1 :1)。其 比表面積為572m2/g，孔容為0. 57mL/g，平均孔徑為3. 8nm。
[0035] 實(shí)施例3
[0036] 制備載體如實(shí)施例2所述。量取TEA，用去離子水溶解；將lg MZs加入TEA水溶液 中，超聲振蕩15分鐘；然后在70°C恒溫加熱攪拌直至混合液中的水分蒸干；將固體在鼓風(fēng) 干燥箱中30°C干燥6小時(shí)，制備出重量比為0. 2:1的TEA/MZs吸附劑（即三乙醇胺與載體 的重量比為0. 2 :1)。
[0037] 實(shí)施例4
[0038] 制備步驟同實(shí)施例3,不同之處在于吸附劑中三乙醇胺與載體的重量比為0. 4:1。
[0039] 實(shí)施例5
[0040] 備步驟同實(shí)施例3,不同之處在于吸附劑中三乙醇胺與載體的重量比為0. 6:1。
[0041] 實(shí)施例6
[0042] 備步驟同實(shí)施例3,不同之處在于吸附劑中三乙醇胺與載體的重量比為0. 8:1。
[0043] 實(shí)施例7
[0044] 備步驟同實(shí)施例3,不同之處在于吸附劑中三乙醇胺與載體的重量比為1:1。
[0045] 實(shí)施例8
[0046] 備步驟同實(shí)施例3,不同之處在于吸附劑中三乙醇胺與載體的重量比為1. 2:1。
[0047] 實(shí)施例9 (對(duì)比）
[0048] 使用實(shí)施例2中的載體，量取檸檬酸鈉并用去離子水溶解。將lg MZs加入檸檬酸 納水溶液中，超聲振湯15分鐘；然后在70 C恒溫加熱攬祥直至混合液中的水分蒸干；將固 體在鼓風(fēng)干燥箱中30°C干燥6小時(shí)，然后焙燒（溫度為550°C )，制備出檸檬酸鈉與載體的 重量比為0.2:1的吸附劑。
[0049] 實(shí)施例10 (對(duì)比）
[0050] 使用實(shí)施例2中的載體，量取碳酸鈉并用去離子水溶解。將lg MZs加入碳酸鈉水 溶液中，超聲振湯15分鐘；然后在70 C恒溫加熱攬祥直至混合液中的水分蒸干；將固體在 鼓風(fēng)干燥箱中30°C干燥6小時(shí)，然后焙燒（溫度為550°C )，制備出碳酸鈉與載體的重量比 為0.2:1的吸附劑。
[0051] 應(yīng)用例：
[0052] 下面以酸性氣體二氧化硫?yàn)槔?，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明提供的吸附劑的吸附性能。
[0053] 穿透實(shí)驗(yàn)：將0. lg吸附劑放置于吸附柱中，吸附柱堅(jiān)直內(nèi)置于恒溫管式爐中，吸 附柱堅(jiān)直吸附柱高度為450mm，內(nèi)徑為9mm。氣體流速為150mL/min，氣流由上端流入，下端 流出。常壓下進(jìn)行穿透實(shí)驗(yàn)。二氧化硫的進(jìn)氣濃度為60ppm。
[0054] 對(duì)上述實(shí)施例1-10所制備的吸附劑材料進(jìn)行S02氣體的穿透實(shí)驗(yàn)測(cè)定，見圖1或 圖3。圖1顯示了負(fù)載不同含量的TEA化學(xué)吸附劑在20°C時(shí)的穿透曲線。由圖1和圖3可 以看出采用本發(fā)明制備的化學(xué)吸附劑具有很高的吸附性能，并以實(shí)施例7所制備的吸附劑 吸附性能較好，穿透時(shí)間最長(zhǎng)。
[0055] 將實(shí)施例7中的吸附劑在不同溫度下進(jìn)行S02氣體的穿透實(shí)驗(yàn)測(cè)定。數(shù)據(jù)如圖2 中所示，在反應(yīng)溫度為20°C時(shí)的穿透時(shí)間最長(zhǎng)，化學(xué)吸附劑的吸附效果最佳。
[0056] 綜上所述，利用本發(fā)明制備的高吸附性能的吸附劑，具有非常良好的吸附性能，且 吸附劑中的三乙醇胺吸附含硫的酸性氣體為化學(xué)吸附，吸附后不易脫附。根據(jù)本發(fā)明提供 的吸附劑具有寬廣的應(yīng)用前景。
[0057] 應(yīng)當(dāng)注意的是，以上所述的實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何 限制。通過(guò)參照典型實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)理解為其中所用的詞語(yǔ)為描述性 和解釋性詞匯，而不是限定性詞匯?？梢园匆?guī)定在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)對(duì)本發(fā)明作出 修改，以及在不背離本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修訂。盡管其中描述的本發(fā)明涉 及特定的方法、材料和實(shí)施例，但是并不意味著本發(fā)明限于其中公開的特定例，相反，本發(fā) 明可擴(kuò)展至其他所有具有相同功能的方法和應(yīng)用。
【權(quán)利要求】
1. 一種酸性氣體吸附劑，包括：載體和負(fù)載于載體上的三乙醇胺，所述三乙醇胺與載 體的重量比為0. 1:1?2:1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附劑，其特征在于，所述三乙醇胺與載體的重量比為 0· 2:1 ?1. 5:1，優(yōu)選 0· 2:1 ?1. 2:1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吸附劑，其特征在于，所述載體選自表面改性的多孔物 料，優(yōu)選所述多孔物料選自5A沸石、埃洛石和凹土中的至少一種。
4. 一種制備權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述吸附劑的方法，包括：將載體與含三乙醇胺 的溶液混合，使三乙醇胺負(fù)載于所述載體上，得到所述的吸附劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述三乙醇胺的用量與載體的重量比為 0· 1:1 ?2:1，優(yōu)選 0· 2:1 ?1. 5:1，更優(yōu)選 0· 2:1 ?1. 2:1。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，所述載體的比表面積為500-600m2/g，優(yōu)選 540-580m 2/g ;孔容為 0. 4-0. 7cm3/g，優(yōu)選 0. 5-0. 6cm3/g ;平均孔徑為 3. 0-4. 5nm，優(yōu)選為 3. 5-4. 2nm〇
7. 根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述載體的制備包括：將多 孔物料分散于水中形成混合物，然后加入改性劑，反應(yīng)后，固液分離，焙燒后得到所述載體， 優(yōu)選所述多孔物料選自5A沸石、埃洛石和凹土中的至少一種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述改性劑包括二氧化硅的前驅(qū)體，優(yōu)選 所述前驅(qū)體包含正硅酸乙酯和硅酸鈉中的至少一種。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述混合物中還包括堿或酸，優(yōu)選所 述堿包括氨水、乙二胺和六甲基四氨中的至少一種。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項(xiàng)所述吸附劑或權(quán)利要求5-9中任意一項(xiàng)所述方法制 備的吸附劑在吸附酸性氣體中的應(yīng)用。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于，所述酸性氣體包括二氧化硫和硫化氫 中的至少一種，優(yōu)選為二氧化硫。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK104043401SQ201410328427
【公開日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】李 燦, 馬福秋, 趙燕軍, 王桂香, 郭欣, 付家寬, 王海斌 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍92609部隊(duì), 哈爾濱工程大學(xué)