鋅鎂鋁三元類水滑石作為氮氧化物吸附劑的應用的製作方法
2023-06-01 03:19:16 3
專利名稱：鋅鎂鋁三元類水滑石作為氮氧化物吸附劑的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋅鎂鋁三元類水滑石的吸附用途。
背景技術：
氮氧化物(NOx)對環境的汙染已經受到全世界的普遍關注，有效地消除NOx是當前研究的熱點問題。目前脫除NOx的方法有非催化法和催化法兩大類。非催化法主要包括溼式吸收法、固體吸收法、電子束照射法、生物法等，但這些方法存在設備龐大、費用高、二次汙染等問題。催化法則包括催化分解法和催化還原法。催化分解法是在催化劑的作用下，將NO直接分解為N2。由於NO的全分解溫度過高，而且實際環境中NO往往與某一種或幾種還原性氣體(CO、低碳烴等)共存，同時由於氧抑制問題，此法實際應用非常困難。催化還原法是在催化劑存在條件下，使NO與還原劑反應而還原為無害的N2。這種方法實用性強，有些已在實際應用中取得了相當大的成功。目前催化還原脫除NOx的催化劑大致有以下幾大類複合金屬氧化物、分子篩催化劑、負載型貴金屬、類水滑石化合物。類水滑石化合物在催化、吸附分離和離子交換等方面具有很大應用潛力，目前更多地應用於油漆、塗料、汙水處理、醫藥、油田開發等領域中。類水滑石化合物對消除NOx具有很高的催化活性，但這些催化還原消除NOx的反應基本上都是在高溫下進行的。常溫下類水滑石材料對NOx的優異吸附性能的研究目前國內外還未見報導。
發明內容本發明提供了鋅鎂鋁三元類水滑石化合物吸附氮氧化物的用途。
本發明所述鋅鎂鋁三元類水滑石典型的分子式為Zn2+xMg2+(0.75-x)Al3+0.25(OH)2(CO32-)0.125·m H2O，x為Zn2+/(Zn2++Mg2++Al3+)的摩爾比，m是結晶水的數目。當然還可以是其它形式。
所述的鋅鎂鋁三元類水滑石可以由M(NO3)2·mH2O(M為Zn、Mg)Al(NO3)3·9H2O、NaOH和Na2CO3溶液採用共沉澱法製備而得。具體而言，可以由Zn(NO3)2·6H2O，Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按摩爾比Zn/Mg/Al＝2∶4∶2或3∶3∶2或4∶2∶2(即優選m(Zn+Mg)/mAl＝3)，配成溶液A；將NaOH、Na2CO3配製成溶液B。將溶液A和溶液B分別滴加到去離子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恆溫40℃，強烈攪拌，保持pH值在7-10之間，滴加完畢後繼續攪拌一段時間，於30-100℃晶化5-36h，離心，打漿洗滌至中性，20-100℃乾燥5-36h得類水滑石樣品。
上述製備過程中，pH值應保持在9-10之間，較佳的晶化溫度為60-70℃，較佳的晶化時間為10-14h，較佳的乾燥溫度為60-80℃，較佳的乾燥時間為10-20h。
按下述方法表徵所述吸附劑對NOx的吸附性能抽取NOx氣體注入裝有一定量鋅鎂鋁三元類水滑石樣品的玻璃瓶中，定時分析玻璃瓶中NOx的濃度，直到吸附平衡。NOx濃度的測定用氮氧化物鹽酸萘乙二胺分光光度法，測試裝置如圖1所示。
按上述方法對鋅鎂鋁三元類水滑石化合物在常溫下吸附NOx的性能進行測試比較，發現它們對NOx的吸附能力順序如下Zn2Mg4Al2＞Zn4Mg2Al2＞Zn3Mg3Al2並且上述三元類水滑石化合物的吸附速率及其飽和吸附量均優於活性炭，特別是Zn2Mg4Al2類水滑石在常溫下對NOx的吸附中，最大飽和吸附量可達到1082mg/g。本發明所述的吸附材料對NOx具有良好的吸附性能是因為該吸附材料具有鹼性，適於吸附酸性氣體，而層板元素的排列情況將直接影響該吸附材料整體鹼性中心的多少。此外，NOx還可以進入層狀結構的層間，以硝酸根離子的形式作為層間陰離子而形成了硝酸根型類水滑石。
圖1是用於測試所述鋅鎂鋁三元類水滑石對氮氧化物的吸附性能裝置圖。
圖2是實施例4所述鋅鎂鋁三元類水滑石吸附曲線圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護範圍並不限於此。
實施例1由Zn(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按摩爾比Zn/Mg/Al＝2∶4∶2配成100mL溶液A，其中鋁離子含量為0.4mol/L；NaOH、Na2CO3配製成100mL溶液B，其中NaOH濃度為3.2mol/L，Na2CO3濃度為0.8mol/L。將溶液A和溶液B同時滴加到200ml的去離子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恆溫40℃，強烈攪拌，保持pH值在9左右，滴加完畢後繼續攪拌一段時間，於65℃晶化14h，離心，打漿洗滌至中性，70℃乾燥15h得三元類水滑石樣品。
實施例2由Zn(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按Zn/Mg/Al＝4∶2∶2配成100mL溶液A，其中鋁離子含量為0.4mol/L；NaOH、Na2CO3配製成100mL溶液B，其中NaOH濃度為3.2mol/L，Na2CO3濃度為0.8mol/L。將溶液A和溶液B同時滴加到200ml的去離子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恆溫40℃，強烈攪拌，保持pH值在9左右，滴加完畢後繼續攪拌一段時間，於65℃晶化14h，離心，打漿洗滌至中性，70℃乾燥15h得三元類水滑石樣品。
實施例3由Zn(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按摩爾比Zn/Mg/Al＝3∶3∶2配製成100mL溶液A，其中鋁離子含量為0.4mol/L；NaOH、Na2CO3配製成100mL溶液B，其中NaOH濃度為3.2mol/L，Na2CO3濃度為0.8mol/L。將溶液A和溶液B同時滴加到200ml的去離子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恆溫40℃，強烈攪拌，保持pH值在9左右，滴加完畢後繼續攪拌一段時間，於65℃晶化14h，離心，打漿洗滌至中性，70℃乾燥15h得三元類水滑石樣品。
實施例4分別稱取實施例1～3製得鋅鎂鋁三元類水滑石1g於500ml吸附瓶中(真空度為0.1Mpa)，抽取1500mg的NOx氣體注入吸附瓶中，並開始計時。吸附前兩個小時，每15min測定吸附瓶內NOx的濃度；之後每半小時測定一次。測定NOx濃度的方法是使用氮氧化物鹽酸萘乙二胺分光光度法。吸附曲線如圖2所示。吸附時間達50h後發現吸附瓶內氣體顏色均接近無色，表明吸附瓶內的NOx氣體已經全部被吸附材料吸收，而吸附材料的吸附容量未達到飽和。
實施例5分別稱取實施例1～3製得鋅鎂鋁三元類水滑石1.5g重複實施例4所述方法步驟，吸附時間達40h後發現吸附瓶內氣體顏色均接近無色，表明吸附瓶內的NOx氣體已經全部被吸附材料吸收，而吸附材料的吸附容量未達到飽和。
權利要求
1.鋅鎂鋁三元類水滑石作為氮氧化物吸附劑的應用。
2.如權利要求1所述的應用，其特徵在於所述的水滑石中Zn∶Mg∶Al的摩爾比為2∶4∶2。
3.如權利要求1所述的應用，其特徵在於所述的水滑石中Zn∶Mg∶Al的摩爾比為4∶2∶2。
4.如權利要求1所述的應用，其特徵在於所述的水滑石中Zn∶Mg∶Al的摩爾比為3∶3∶2。
全文摘要
本發明涉及鋅鎂鋁三元類水滑石的吸附用途，所述三元類水滑石化合物的吸附速率及其飽和吸附量均優於活性炭，特別是Zn
文檔編號B01J20/06GK1683071SQ20051004908
公開日2005年10月19日 申請日期2005年2月6日 優先權日2005年2月6日
發明者倪哲明 申請人:浙江工業大學