一种瓦斯吸附剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于煤矿安全生产技术领域，公开了一种瓦斯吸附剂及其制备方法。包括如下步骤：将浸泡过纳米催化剂的微孔金属基底在惰性气体保护的气氛下，以3℃/min速度升温至300℃后，保温2h，再通入含碳化合物；以10℃/min升温至600℃后，保温1h；以25℃/min升温至1000℃后，立即以10℃/min降温至室温，得到多孔石墨烯；将多孔石墨烯与碳纳米管混合均匀后，机械融合，得到多维孔洞结构的石墨烯复合物；将此复合物浸入表面活性剂中，置于减压，温度为35℃下，保持2h后，得到多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂。本申请的瓦斯吸附剂吸附量大，吸附速率快，且制备方法简单，易于工业化。

A gas adsorbent and its preparation method

The invention belongs to the technical field of coal mine safety production, and discloses a gas adsorbent and a preparation method thereof. It includes the following steps: the microporous metal substrates soaked in nano-catalysts are heated to 300 at the rate of 3 min under the atmosphere of inert gas protection for 2 hours, then the carbon-containing compounds are introduced; the carbon-containing compounds are heated to 600 at 10 C / min for 1 hour; the porous graphene is obtained by cooling to room temperature at 10 C / min at 25 min to 1000 and then the porous graphene and carbon nano are obtained. After homogeneous mixing, mechanical fusion, the multi-dimensional porous graphene composite was obtained. The composite was immersed in the surfactant, placed in the decompression, and kept at 35 C for 2 hours, then the multi-dimensional porous graphene composite adsorbent was obtained. The gas adsorbent has the advantages of large adsorption capacity, fast adsorption rate, simple preparation method and easy industrialization.

【技术实现步骤摘要】
一种瓦斯吸附剂及其制备方法
本专利技术属于煤矿安全生产
，特别涉及一种瓦斯吸附剂及其制备方法。
技术介绍
瓦斯，主要以甲烷(CH4)为主，还有少量的乙烷(C2H6)和丙烷(C3H8)等轻烃与空气的混合物，是宝贵的能源资源。我国高瓦斯矿井多，煤矿瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患。近年来，煤矿重特大瓦斯爆炸事故时有发生，给人民群众生命财产造成了重大损失。瓦斯爆炸浓度区间为5％-15％，预防瓦斯爆炸直接且有效的方法是矿井通风排空或进行瓦斯抽放等，但是现有的这些预防方法所需时间周期长，投资大。此外，瓦斯中的甲烷CH4具有破坏地球臭氧层的作用，对气候的温室效应是CO2的20多倍，而当瓦斯中的CH4富集到80％以上，可以作为化工原料或高效燃料，煤矿瓦斯气直接排放将造成严重的环境污染和资源浪费。因此如何快速、高效的降低矿井中的瓦斯浓度及充分利用瓦斯中的主要成分甲烷，对进一步加大煤矿开采力度，强化煤矿瓦斯治理，减轻煤矿瓦斯灾难，充分利用能源资源，有效保护生态环境至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对现有降低矿井中瓦斯浓度方面存在的上述问题，提供一种能够用于快速吸附矿井中瓦斯的吸附剂以及制备方法。为了实现上述目的，本申请采用的技术方案为：一种瓦斯吸附剂，所述瓦斯吸附剂为吸附有表面活性剂的多维孔洞结构的石墨烯复合物，所述多维孔洞结构的石墨烯复合物的比表面为1000m2/g～2000m2/g，孔隙率为70％～90％。进一步的，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、卤代烃氯仿、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、烷基葡糖苷APG、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。上述的瓦斯吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)多孔石墨烯的制备：采用激光法向金属基底上均匀打孔，得到微孔金属基底；将微孔金属基底浸泡于纳米催化剂的溶液中2h～3h后取出，置于旋转炉中；惰性气体保护的气氛下，以1℃/min～5℃/min的速度将旋转炉升温至290℃～310℃后，保温0.5h～3h，保温结束后再通入含碳化合物；再以5℃/min～15℃/min的速度将旋转炉升温至590℃～610℃后，保温0.5h～1h；最后，以20℃/min～30℃/min的速度将旋转炉升温至980℃～1100℃后，立即以9℃/min～11℃/min的速度降温至室温，得到多孔石墨烯，待用；(2)多维孔洞结构的石墨烯复合物的制备：将多孔石墨烯与碳纳米管混合均匀后，机械融合1h～1.5h，得到多维孔洞结构的石墨烯复合物，待用；(3)多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂的制备：将多维孔洞结构的石墨烯复合物浸入表面活性剂中，置于压力为-0.15Mpa～-0.10Mpa，温度为30℃～40℃状态下，保持2h～5h后，得到多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂。进一步的，所述微孔金属基底的孔径为0.5nm～5nm，孔隙率为70％～90％；所述纳米催化剂与含碳化合物的质量比为0.05～0.5:1；所述多孔石墨烯与碳纳米管按照质量比为100：1～5进行混合；所述多维的孔洞结构的石墨烯复合物与表面活性剂的质量比为100：5～15。进一步的，所述多孔石墨烯的比表面积为1000m2/g～2500m2/g。进一步的，所述纳米催化剂为金属单质或/和金属氧化物，且所述纳米催化剂尺寸为5nm～50nm。进一步的，所述金属单质为ⅡB-ⅧB族的金属；所述金属氧化物为ⅡB-ⅧB族中的金属氧化物。进一步的，所述金属单质为锌、铜、铁、锰、镧或锕中的一种或几种；所述金属氧化物为氧化钇、氧化铁或四氧化三钴中的一种或几种。进一步的，所述含碳化合物包括醇类、烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳香烃类中的至少一种。进一步的，所述金属基底为过渡金属。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)这种瓦斯吸附剂在吸附剂用量与传统吸附剂用量相同的情况下，吸附量为其他方法吸附量的十余倍，吸附速率快，能够快速降低矿井中瓦斯的浓度，提高矿井的安全指数。(2)制备方法将石墨烯、碳纳米管和表面活性剂进行复合得到吸附量优异的瓦斯吸附剂，制备方法简单，易于工业化。附图说明图1是本专利技术带有均匀分布微孔的金属基材的示意图；图2是本专利技术多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的技术手段、创作特征、达到目的与功效易于明白了解，下面将结合本专利技术的具体实施例和附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。一种瓦斯吸附剂，所述瓦斯吸附剂为吸附有表面活性剂的多维孔洞结构的石墨烯复合物，所述多维孔洞结构的石墨烯复合物的比表面为1000m2/g～2000m2/g，孔隙率为70％～90％。进一步的，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、卤代烃氯仿、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、烷基葡糖苷APG、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。上述的瓦斯吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)多孔石墨烯的制备：采用激光法向金属基底上均匀打孔，得到微孔金属基底；将微孔金属基底浸泡于纳米催化剂的溶液中2h～3h后取出，置于旋转炉中；惰性气体保护的气氛下，以1℃/min～5℃/min的速度将旋转炉升温至290℃～310℃后，保温0.5h～3h，保温结束后再通入含碳化合物；再以5℃/min～15℃/min的速度将旋转炉升温至590℃～610℃后，保温0.5h～1h；最后，以20℃/min～30℃/min的速度将旋转炉升温至980℃～1100℃后，立即以9℃/min～11℃/min的速度降温至室温，得到多孔石墨烯，待用；(2)多维孔洞结构的石墨烯复合物的制备：将多孔石墨烯与碳纳米管混合均匀后，机械融合1h～1.5h，得到多维孔洞结构的石墨烯复合物，待用；(3)多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂的制备：将多维孔洞结构石墨烯复合物浸入表面活性剂中，置于压力为-0.15Mpa～-0.10Mpa，温度为30℃～40℃状态下，保持2h～5h后，得到多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂。进一步的，所述微孔金属基底的孔径为0.5nm～5nm，孔隙率为70％～90％；所述纳米催化剂与含碳化合物的质量比为0.05～0.5:1；所述多孔石墨烯与碳纳米管按照质量比为100：1～5进行混合；所述多维的孔洞结构的石墨烯复合物与表面活性剂的质量比为100：5～15。进一步的，所述多孔石墨烯的比表面积为1000m2/g～2500m2/g。进一步的，所述纳米催化剂为金属单质或/和金属氧化物，且所述纳米催化剂尺寸为5nm～50nm。进一步的，所述金属单质为ⅡB-ⅧB族的金属；所述金属氧化物为ⅡB-ⅧB族中的金属氧化物。进一步的，所述金属单质为锌、铜、铁、锰、镧或锕中的一种或几种；所述金属氧化物为氧化钇、氧化铁或四氧化三钴中的一种或几种。进一步的，所述含碳化合物包括醇类、烷烃、烯烃、炔烃、环烃及芳香烃类中的至少一种。进一步的，所述金属基底为过渡金属。以下实施例中所采用的碳纳米管的直径为10nm～100nm。金属基底为过渡金属箔，大小为1cm2～15cm2。实施例1一种瓦斯吸附剂，瓦斯吸附剂为吸附有表面活性剂的多维孔洞结构的石墨烯复合物，多维孔洞结构的石墨烯复合物的比表面为1000m2/g，孔隙率为70％。一种瓦斯吸附剂的制备方法，包括如下步骤：(1)多孔石墨烯的制备：取10cm2铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瓦斯吸附剂，其特征在于，所述瓦斯吸附剂为吸附有表面活性剂的多维孔洞结构的石墨烯复合物，所述石墨烯复合物的比表面为1000m2/g～2000m2/g，孔隙率为70％～90％。

【技术特征摘要】
1.一种瓦斯吸附剂，其特征在于，所述瓦斯吸附剂为吸附有表面活性剂的多维孔洞结构的石墨烯复合物，所述石墨烯复合物的比表面为1000m2/g～2000m2/g，孔隙率为70％～90％。2.如权利要求1所述的瓦斯吸附剂，其特征在于，所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙烯醚、卤代烃氯仿、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、烷基葡糖苷APG、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯中的一种或几种。3.如权利要求2所述的瓦斯吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)多孔石墨烯的制备：采用激光法向金属基底上均匀打孔，得到微孔金属基底；将微孔金属基底于纳米催化剂的溶液中浸泡2h～3h后取出，再置于旋转炉中；在惰性气体保护的气氛下，以1℃/min～5℃/min的速度将旋转炉升温至290℃～310℃后，保温0.5h～3h，保温结束后再通入含碳化合物；再以5℃/min～15℃/min的速度将旋转炉升温至590℃～610℃后，保温0.5h～1h；最后以20℃/min～30℃/min的速度将旋转炉升温至980℃～1100℃后立即以9℃/min～11℃/min的速度降温至室温，得到多孔石墨烯，待用；(2)多维孔洞结构的石墨烯复合物的制备：将多孔石墨烯与碳纳米管混合均匀后，机械融合1h～1.5h，得到多维孔洞结构的石墨烯复合物，待用；(3)多维孔洞结构的石墨烯复合吸附剂的制备：将多维孔洞结构的石墨烯复合物浸入表面活性剂中，置...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘纪坤，王翠霞，郭红娟，刘伟，杨越，刘恩宇，李成柱，王珂，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61