氧化鋅/氧化矽複合凝膠化學吸附劑及其製備方法和應用的製作方法

2023-06-14 17:48:56 1

專利名稱：氧化鋅/氧化矽複合凝膠化學吸附劑及其製備方法和應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種吸附劑的製備方法，特別涉及一種採用溶膠-凝膠法製備aiO/ SiO2複合凝膠化學吸附劑的方法。
背景技術：
化學吸附劑能夠有效去除空氣中的有害氣體，可以廣泛的應用於工廠和家庭的空氣淨化裝置。常見的化學吸附劑的組成通常包括載體和活性劑兩個部分，載體按不同需要一般選用各種孔徑的多孔材料，活性劑一般選用無毒無害且有一定氧化和催化能力的化學物質。目前的化學吸附劑主要是用活性炭、活性氧化鋁、矽膠、分子篩、多孔礦物等作為載體，活性物質有ai0、Cu0、KMn04等。目前報導的化學吸附劑多採用浸漬法負載活性物質，加工工藝簡單，容易操作，但是活性物質的負載量難以控制，去除硫化物等有害氣體的效率較低，且金屬氧化物等活性物質容易造成二次汙染。溶膠-凝膠法是用含高化學活性組分的化合物作前驅體，在液相下將這些原料均勻混合，並進行水解、縮合化學反應，在溶液中形成穩定的透明溶膠體系，溶膠經陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網絡結構的凝膠，凝膠網絡間充滿了失去流動性的溶劑，形成凝膠。凝膠經過乾燥、燒結固化製備出分子乃至納米級結構的多孔材料。目前，國內已經有一些關於氧化矽氣凝膠和幹凝膠的專利，關於溶膠-凝膠法製備氧化鋅凝膠的專利鮮見報導，採用溶膠-凝膠法製備氧化鋅/氧化矽複合凝膠並用於吸附去除空氣中有害物質的專利未見報導。採用溶膠法分別製備多孔載體和活性組分的溶膠，然後將兩種溶膠按照要求的比例進行混合併凝膠得到複合凝膠材料，經過一定的乾燥過程可以得到高比表面積的複合氣凝膠或幹凝膠。這種製備方法過程簡單，容易操作，所製備的複合凝膠，比表面積較高、 活性組分分散均勻，去除有害氣體的效率較高。

發明內容
為了克服上述現有化學吸附劑製備方法的技術缺陷，本發明的目的在於提供一種利用溶膠-凝膠法製備aio/sih複合凝膠化學吸附劑的方法。通過分別製備氧化矽和氧化鋅溶膠，將兩種溶膠按照所需比例進行混合併使之凝膠化，經過常壓乾燥得到複合幹凝膠， 在一定溫度下焙燒，得到對&s、SO2等腐蝕性氣體具有較高去除性能的高比表面積吸附劑。 其原理簡單、操作易行，對有害氣體去除效率較高。本發明的技術方案是這樣實現的一種氧化鋅/氧化矽複合凝膠化學吸附劑的製備方法，包含以下步驟1.將矽源前軀物、有機溶劑和去離子水按照摩爾比1 (1 6) (1 8)進行混合併攪拌(攪拌的條件通常為5 60°C下攪拌IOmin以上)使之混合均勻，然後加入水解催化劑，攪拌並靜置老化，老化時間通常為0. 5 MOh，得SW2溶膠。所說的矽源前軀物為含Si元素的鹽類或酯類，如正矽酸甲酯(TMOS)、正矽酸乙酯(TEOS)、矽酸、矽酸鈉等；有機溶劑為甲醇、乙醇、丙酮或乙二醇等；所述水解催化劑為鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸或硫酸
3等。所述矽源前軀物與水解催化劑摩爾比一般為1 (10_5 0. 1)。2.按照[添加劑][Si2+]摩爾比(0.5 5) 1稱取添加劑，將添加劑加入溶劑中，攪拌(攪拌條件一般為5 60°C下攪拌5min以上)使之充分溶解，然後加入鋅源前軀物，攪拌(攪拌條件通常為5 90°C下攪拌10 MOmin)、靜置(靜置時間通常為0. 5 240h)，得到氧化鋅溶膠。所說的鋅源前軀物為Si (CH3COO) 2 · 2H20或Si (NO3) 2 · 6H20,溶劑為甲醇(MtOH)、乙醇(EtOH)、一丙醇(I-PrOH)、二丙醇Q-PrOH)或正丁醇(I-BuOH)等，添加劑為一乙醇胺(MEA)或二乙醇胺(DEA)。3.將步驟1和2所得溶膠按照SiO (SiCHSiO2)質量比為5 60%的比例，混合併攪拌直至完全凝膠，加入KOH沒過凝膠，使之老化池以上，乾燥(乾燥條件通常為10 80°C下乾燥0. 5 MOh)，得到ZnO質量分數為5 60%的SiO/SiA複合幹凝膠。4.將步驟3所得SiO/SiA複合幹凝膠在200 900°C下焙燒0. 5 5h，得到ZnO 質量分數為5 60%的aio/sih複合凝膠化學吸附劑。本發明所製備的SiO/SiA複合凝膠化學吸附劑比表面積為100 900m2/g，總孔容為0. 1 1. 5cm3/g，對H2S吸附量為5 500mg/g。本發明通過改變前驅物種類、氧化鋅比例、製備參數等條件製備具有不同結構參數的氧化鋅/氧化矽複合凝膠材料，可作為去除硫化氫等有害氣體的化學吸附劑。與現有製備化學吸附劑的技術相比，本發明具有如下優點矽源前軀物、鋅源前軀物來源廣泛，製備原理簡單，製備過程簡單，活性物質分散均勻，比表面積和孔容較高，對H2S去除性能較好。
具體實施例方式下面的實施例可以使本專業技術人員更全面的理解本發明，但不以任何方式限制本發明。實施例1將82g TE0S、109g KOH和28g去離子水放入250mL燒杯中，在20°C下磁力攪拌 30min使之混合均勻，將0.033mL濃度(質量分數)為37%鹽酸迅速滴加到上述燒杯並在 20°C下攪拌30min，然後老化6h，得SW2溶膠；將1. 41 IgMEA加入盛有23. ImL EtOH的燒杯中，並攪拌lOmin，然後加入3. 38gZn (CH3COO)2 · 2H20，在20°C下攪拌60min，靜置24h，得到氧化鋅溶膠；將所得ZnO溶膠加入所製備的SW2溶膠當中，攪拌直至完全凝膠，加入^OH 沒過凝膠，使之老化Mh，80°C下自然乾燥池，得到ZnO質量分數為5% Zn0/Si02複合幹凝膠；將上述所得幹凝膠置於馬弗爐中，在500°C下焙燒池，得到ZnO質量分數為5%的SiO/ SiO2複合凝膠化學吸附劑。將本實驗所得複合凝膠化學吸附劑0. 06g進行H2S穿透實驗測試，條件如下試樣管內徑6mm，氣體流量為300mL/min，樣品停留時間0. 3s以上。進氣口 H2S濃度lOOppmv，出氣口 H2S濃度為IOppmv時停止實驗，記錄不同時間下尾氣濃度。獲得的樣品性能如下
權利要求
1.一種複合凝膠化學吸附劑，其特徵在於該複合凝膠化學吸附劑是ZnO質量分數為 5 60%的氧化鋅/氧化矽複合凝膠化學吸附劑。
2.根據權利要求1所述的複合凝膠化學吸附劑，其特徵在於所述複合凝膠化學吸附劑的比表面積為100 900m2/g，總孔容為0. 1 1. 5cm3/g。
3.一種複合凝膠化學吸附劑的製備方法，其特徵在於該方法包括如下步驟(1)製備氧化矽溶膠；將矽源前軀物、有機溶劑和去離子水按照摩爾比1 (1 6) (1 8)混合均勻，然後加入水解催化劑，攪拌並老化，得到SiO2溶膠，所述矽源前軀物為含Si元素的鹽類或酯類；(2)製備氧化鋅溶膠將添加劑加入溶劑中，然後加入鋅源前軀物，經攪拌、靜置後，得到氧化鋅溶膠，所述溶劑為甲醇、乙醇、一丙醇、二丙醇或正丁醇中的一種或幾種，所述添加劑為一乙醇胺或二乙醇胺；(3)將上述兩種溶膠進行混合併攪拌至完全凝膠，老化、乾燥後得到aiO/siA複合幹凝膠；(4)Zn0/Si02複合幹凝膠再經焙燒得到氧化鋅/氧化矽複合凝膠化學吸附劑。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於步驟⑶具體過程為將步驟⑴和 (2)所得溶膠按SiO (SiCHSiO2)質量比為5 60%的比例混合併攪拌直至完全凝膠，加入乙醇沒過凝膠浸泡老化，再經乾燥後得到aiO/siA複合幹凝膠。
5.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於步驟中所述焙燒的條件為在 200 900°C下焙燒0. 5 5h。
6.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述有機溶劑為甲醇、 乙醇或丙酮；所述矽源前軀物為矽酸、矽酸鈉、正矽酸甲酯或正矽酸乙酯；所述水解催化劑為鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸或硫酸；步驟( 所述的鋅源前軀物為Si(CH3COO)2 · 2H20或 Zn (NO3) 2 · 6H20o
7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述矽源前軀物為矽酸鈉、正矽酸甲酯或正矽酸乙酯，有機溶劑為乙醇；步驟⑵中所述鋅源前軀物 Zn(CH3COO)2 · 2H20，添加劑為一乙醇胺，溶劑為乙醇。
8.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於步驟O)中添加劑與鋅源前軀物中 Zn2+摩爾比為(0. 5 5) 1。
9.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵在於步驟(1)中所述矽源前軀物與水解催化劑摩爾比為1 (10_5 0. 1)。
10.權利要求1 2所述的複合凝膠化學吸附劑、及權利要求3 9所述的製備方法所製備出的複合凝膠化學吸附劑的應用，其特徵在於該複合凝膠化學吸附劑用於去除H2S或 SO2氣體。
全文摘要
本發明公開了一種氧化鋅/氧化矽複合凝膠化學吸附劑及其製備方法和應用。分別採用溶膠法製備氧化矽溶膠和氧化鋅溶膠，按照氧化鋅在複合材料中所佔質量比，向氧化矽溶膠中加入氧化鋅溶膠並攪拌直至凝膠，經老化後常壓乾燥得到幹凝膠，再經高溫焙燒得到氧化鋅/氧化矽凝膠複合材料，可作為去除硫化氫等有害氣體的化學吸附劑。本發明的製備方法過程簡單，容易操作，所製備的複合凝膠，比表面積較高、活性組分分散均勻，去除有害氣體的效率較高。
文檔編號B01D53/52GK102423681SQ201110322008
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月20日 優先權日2011年10月20日
發明者劉國強, 康飛宇, 黃正宏 申請人:清華大學