一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其製備方法
2023-05-30 23:55:26
專利名稱：一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其製備方法
技術領域：
本發明屬於多孔吸附劑技術領域，特別涉及一種整體式高比表面積多孔吸附劑及 其製備方法，這種吸附劑具有整體式的自支撐結構及高的比表面積。
背景技術：
吸附材料是當今科學研究的熱點，其應用範圍十分廣泛，如用於特種氣瓶材料的 整體填充式吸附劑、能源存儲吸附劑、水體及大氣淨化吸附劑等。目前用作吸附劑的 材料主要有矽酸鹽材料、分子篩材料、金屬骨架材料及孔狀結構金屬氧化物材料等。
基於特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑的迫切需求，吸附劑材料的製備主要面臨 兩個巨大挑戰。 一方面，材料缺乏整體式結構，孔狀結構三維有序度差；另一方面， 材料的比表面積有待提高，孔徑分布不均勻。針對以上兩個科學難點，我們提出了一 種經由手性矽基材料模板導向合成整體式自支撐孔狀結構吸附材料的方法，所得吸附 劑材料比表面積較高，孔徑分布均勻。
發明內容
本發明的目的在於提供一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其製備方法，所得吸 附材料比表面積大、孔徑分布均勻，同時工藝簡單、成本較低。
本發明提供的一種整體式高比表面積多孔吸附劑，該吸附劑具有整體式自支撐金 屬氧化物骨架結構；該吸附劑具有高比表面積的多孔金屬氧化物骨架結構。金屬氧化 物吸附劑孔徑在2~4 nm，比表面積在50-200 m2/g。
所得吸附劑組成為金屬氧化物並涵蓋可由金屬硝酸鹽經熱分解轉變而得的金屬 氧化物，包括四氧化三鈷(Co304)、三氧化二銦(ln203)、氧化鋅(ZnO)、三氧化二 鉻(Cr203)及氧化鎳(NiO)。
本發明的整體式多孔吸附劑的製備方法如下 (1)氧化矽模板的製備
將十六烷基三甲基溴化銨、矽酸鈉、均三甲苯、乙酸乙酯、及去離子水按摩爾比 0.12~0.50 : 0.15~0.50 :0.18 1.0 : 0.3~3.0 : 1000依次均勻混合，於15-4(TC溫度條件下 晶化10 48小時，分離、洗滌、乾燥得到固體粉末。
將濃硝酸、雙氧水按摩爾比2.0~4.0: 4.0~6.0與所得固體粉末均勻混合，微波輻 射下，分別控制壓力1.0-1.5 Mpa、溫度100-250 r去除十六垸基三甲基溴化銨，分 離、洗滌、乾燥得到前體矽模板。(2)整體式吸附劑的製備
將金屬硝酸鹽溶液與所得前體均勻混合0.5 10小時，所得混合物於50 150 t:下 預烘乾，所得固體於400 60(TC中焙燒得到固體粉末。
將2 mol/LNaOH溶液與所得固體粉末均勻混合0.5-3.0小時，去除前體矽模板， 分離、洗滌、乾燥得到吸附劑。
步驟(2)中，所得金屬氧化物吸附劑孔徑在2~4 nm可調，比表面積在50~200 m2/g 可調。
本發明的整體式吸附劑吸附量大，可吸附氣體包括氫氣、 一氧化碳、乙炔等，可 吸附溶劑包括酮、醛、醚等，或者作為特種吸附劑吸附大分子極性有機汙染物及特定 氣體分子。工藝簡單、成本較低，可將特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑進一步推向 實用化。
圖1為整體式自支撐多孔四氧化三鈷吸附劑的高分辨透射電鏡圖。 圖2為整體式自支撐多孔三氧化二銦吸附劑的高分辨透射電鏡圖。
具體實施方式
實施例1
a. 將0.002 mol十六烷基三甲基溴化銨、0.002 mol矽酸鈉、0.004 mol均三甲苯、 0.003 mol乙酸乙酯、及150 mL去離子水依次均勻混合，置於3(TC水浴靜置10小時；
b. 反應結束後，產物離心，用去離子水洗滌5次，漿液於25'C真空乾燥箱乾燥得 到白色粉末；
c. 取0.3334g白色粉末，加入0.023mol濃硝酸，0.034mol雙氧水(30%)，混合均 勻，微波照射條件下，分別控制壓力和溫度不超過1.3Mpa和18(TC，反應2min;
d. 待溫度壓力降至常溫常壓後取出，將反應液離心後棄去上清液，洗滌至pH-7。 漿液於25'C乾燥得到手性氧化矽模板；
e. 將O.lg手性二氧化矽分散至lmLO.8 mol/mL的硝酸鈷溶液中，25'C攪拌0.5小 時，所得混合液8(TC乾燥1小時，所得固體放入瓷坩鍋置於馬福爐中，從室溫加熱至 450°C，保溫7小時，自然降至室溫；
f. 所得固體置於2mol/L氫氧化鈉溶液中，25'C攪拌2小時去除矽基模板，離心洗 滌至pH-7， 25。C乾燥得整體式自支撐多孔四氧化三鈷吸附劑。
實施例2a. 將0.002mol十六烷基三甲基溴化銨、0.002 mol矽酸鈉、0.004 mol均三甲苯、 0.003 mol乙酸乙酯、及150 mL去離子水依次均勻混合，置於30。C水浴靜置10小時；
b. 反應結束後，產物離心，用去離子水洗滌5次，漿液於25'C真空乾燥箱乾燥得 到白色粉末；
c. 取0.3334g白色粉末，加入0.023mol濃硝酸，0.034mol雙氧水(30%)，混合均 勻，微波照射條件下，分別控制壓力和溫度不超過1.3Mpa和180°C，反應2min;
d. 待溫度壓力降至常溫常壓後取出，將反應液離心後棄去上清液，洗滌至pH-7。 漿液於25'C乾燥得到手性氧化矽模板；
e. 將O.lg手性二氧化矽前體分散至0.8mL0.8 mol/mL的硝酸銦溶液中，25'C攪拌 l小時，所得混合液8(TC乾燥1小時，所得固體放入瓷坩鍋置於馬福爐中，從室溫加 熱至45(TC，保溫6小時，自然降至室溫；
f. 所得固體置於2mol/L氫氧化鈉溶液中，25'C攪拌2小時去除矽基模板，離心洗 滌至？11=7， 25。C乾燥得整體式手性自支撐多孔三氧化二銦吸附劑。
實施例3
將實施例1和實施例2所得整體式手性自支撐多孔四氧化三鈷及三氧化二銦吸附 劑進行氮氣吸脫付實驗，其比表面和孔徑數據見下表一。
表一 整體式手性自支撐多孔四氧化三鈷及三氧化二銦吸附劑孔結構參數
杆口口矽基前體四氧化三鈷三氧化二銦
比表面積(m2g—^110095151
最可幾孔徑(nm)4.34.13.8
權利要求
1、一種整體式高比表面積多孔吸附劑，其特徵在於該吸附劑具有整體式自支撐金屬氧化物骨架結構；組成為金屬氧化物並涵蓋由金屬硝酸鹽經熱分解轉變而得的金屬氧化物。
2、 根據權利要求1所述的吸附劑，其特徵在於金屬氧化物吸附劑孔徑在2~4 nm，比表面積在50-200 m2/g。
3、 根據權利要求1或2所述的吸附劑，其特徵在於:所述的金屬氧化物為Co304、 ln203、 ZnO、 0203或,。
4、 一種製備權利要求1所述的吸附劑的方法，其特徵在於，工藝步驟為(1) 氧化矽模板的製備將十六垸基三甲基溴化銨、矽酸鈉、均三甲苯、乙酸乙酯及去離子水按摩爾比0.12~0.50 : 0.15-0.50 :0.18~1.0 : 0.3-3.0 : 1000依次均勻混合，於15-40。C溫度條件下 晶化10 48小時，分離、洗滌、乾燥得到固體粉末；將濃硝酸、雙氧水按摩爾比2.0~4.0:4.0~6.0與所得固體粉末均勻混合，微波輻 射下，分別控制壓力1.0-1.5 Mpa、溫度100 25(TC去除十六垸基三甲基溴化銨，分 離、洗滌、乾燥得到前體矽模板；(2) 整體式吸附劑的製備將金屬硝酸鹽溶液與所得前體均勻混合0.5~10小時，所得混合物於50~150 'C下 烘乾，所得固體於400 60(TC焙燒得到固體粉末；將2 mol/LNaOH溶液與所得固體粉末均勻混合0.5-3.0小時，去除前體矽模板， 分離、洗滌、乾燥，得到吸附劑。
全文摘要
一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其製備方法，屬於多孔吸附劑技術領域。該吸附劑具有整體式自支撐金屬氧化物骨架結構，比表面積高且孔徑分布均勻。吸附材料涵蓋可由金屬硝酸鹽經熱分解轉變而得的金屬氧化物，包括Co3O4、In2O3、ZnO、Cr2O3、NiO。方法經由手性矽基材料，模板導向合成整體式自支撐孔狀結構吸附材料。優點在於，吸附劑吸附量大，可吸附氣體包括氫氣、一氧化碳、乙炔等，可吸附溶劑包括酮、醛、醚等，或者作為特種吸附劑吸附大分子極性有機汙染物及特定氣體分子。
文檔編號B01J20/06GK101518728SQ200910081780
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者靜 何, 哲 安 申請人:北京化工大學