一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh或K/Mo吸附剂及其制备方法技术

技术编号:21617360 阅读:55 留言:0更新日期:2019-07-17 08:10
一种低温吸附NOx有序介孔CMK‑3负载Ba/Rh或K/Mo吸附剂及其制备方法属于材料制备、环境净化和烟气处理技术领域。使用硬模板法,以蔗糖作为炭源,SBA‑15为模板制备有序介孔CMK‑3载体,并通过原位法将Ba和Rh(或K和Mo)有效地负载在有序介孔CMK‑3吸附剂上。包括以下步骤:1)采用水热合成法制备模板剂SBA‑15;2)以SBA‑15为模板,制备载体材料CMK‑3;3)采用浸渍法将Ba和Rh(或K和Mo)负载于CMK‑3制备CMK‑3负载Ba/Rh(或K/Mo)吸附剂。所制得吸附剂能够在较低温下,高效地消除NOx气体。本发明专利技术具有能耗低、操作简便、反应条件温和、以及可减少二次污染等优点,在燃煤电站,钢铁厂及硝酸厂等尾气NOx净化方面具有良好的应用前景。

A Ba/Rh or K/Mo adsorbent supported on ordered mesoporous CMK-3 adsorbing NOx at low temperature and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh或K/Mo吸附剂及其制备方法
本专利技术涉及大气污染物治理领域,具体涉及有序介孔炭吸附去除氮氧化物(NOx)的吸附剂制备,本专利技术提供了一种高比表面积、结构高度有序的介孔CMK-3负载Ba/Rh或K/Mo复合吸附剂及其制备方法,并将其应用于吸附氮氧化物。
技术介绍
近些年来,我国经济发展迅速,工业化进程逐步加深,随之带来了严重的环境污染问题,特别是雾霾天频现使人们对环保的关注度日益提升。相较于二氧化硫(SO2),氮氧化物(NOx)自上世纪80年代以来,才逐渐受到关注。目前,我国氮氧化物排放总量为世界第一,2013年达到了2227.4万吨,并预测将在2020年超过3000万吨。工业排放占到了NOx总量的70%以上,主要由煤炭燃烧产生。而煤炭作为我国最为主要的一次能源,在发电、供暖及工业领域的动力设备以及部分地区的日常生活中,占有很大的比例。近年来,随着我国电力需求大幅增长,煤炭的消耗量也急剧上升,NOx排放总量也不断扩大。因此氮氧化物的减排受到了人们极大的关注。碳材料吸附法操作简单,是控制低浓度NO排放的有效方法之一。为了提高其吸附性能,制备了一系列碳质材料,如活性炭(AC)、活性炭纤维(ACF)、单壁碳纳米管(CNT)和石墨烯(GR)。有序介孔碳(OMC)是一种具有高比表面积和大孔道的新型碳质材料。与AC相比,OMC具有可调和均匀的中孔结构,在传质和内表面方面具有独特的性能,将其用于NOx的吸附,展现了很好的性能。本项目的实施得到国家自然科学基金(编号:21277008)、国家自然科学基金(编号:20777005)和国家重点研究开发计划(编号:2017YFC0209905)的资助。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高比表面积、结构高度有序的介孔CMK-3负载Ba/Rh复合吸附剂。用在含NO(500ppm)和O2(5%)的N2的吸附中,得到了很好的去除效果,NO在常温下的吸附量可以达到106.8mg/g,远远大于其他材料的吸附能力。此外,本专利技术所提供的吸附剂具有很好的重复利用性能,在0–400℃会迅速释放其吸附的NOx,再生利用率为97.4%,所有这些性能将会有巨大的应用价值。为了达到上述目的本专利技术采用了如下的技术方案:一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂是由碱金属Ba、稀土元素Rh和有序介孔CMK-3载体组成。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂中的载体介孔CMK-3的作用是吸附NOx,同时为碱土金属提供基体,使Ba/Rh分散均匀,提高利用率。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂中负载的碱土金属Ba的作用是提供更多的碱性位点,使NOx更容易被吸附。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂中Ba负载的量与载体介孔CMK-3的摩尔比例为:0.01/100–1/100。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂中负载的稀土元素Rh的作用是促进碱性位点的活性,使NOx更容易被吸附。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂中Rh负载的量与载体介孔CMK-3的摩尔比例为:0.001/100–0.05/100。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂的制备方法为:(1)有序介孔CMK-3的制备按照文献(Tae-WanKim,In-SooPark,andRyongRyoo.AngewandteChemie,2003,42,4375–4379.)报道的方法合成有序介孔炭材料CMK-3。称取2gP123置于100mL的小烧杯中,向烧杯中加入60mL蒸馏水并搅拌,加入盐酸调pH=2,搅拌30min后超声直至P123完全溶解于蒸馏水中。在35℃水浴条件下边搅拌边倒入9mL正硅酸四乙酯。然后将得到的反应液转移至反应釜中,将反应釜置于160℃下的烘箱中48h后,对反应液进行抽滤,洗涤,干燥。将干燥后的样品在空气气氛中550℃焙烧5h以除去模板剂得到SBA-15。将1.25g蔗糖加入至10mL2.8w/w%硫酸溶液中搅拌使之溶解,再将5g模板剂SBA-15加入到上述含有蔗糖的硫酸溶液中,搅拌均匀。将得到的混合物放入烘箱中,先在100℃下保持6h,再升温至160℃下保持6h,得到黑褐色产物。将得到的黑褐色产物研磨成粉状,接着将磨好的样品加入到含有5g水,0.1g98w/w%硫酸,0.75g蔗糖的混合溶液中,搅拌均匀,进行第二次填充。然后在烘箱中进行100℃热处理6h后再在160℃下热处理6h。然后将热处理后的样品置于管式炉中N2保护下升温至800℃下进行焙烧炭化2h,升温速率为1℃/min。焙烧炭化后将样品置于的HF中浸泡24h以除去模板剂SBA-15,然后过滤、洗涤和干燥,得到CMK-3。(2)有序介孔CMK-3负载Ba/Rh的制备将CMK-3加入至含有钡盐和铑盐的溶液中,搅拌1h,超声1h。将溶液悬蒸蒸干,80℃过夜干燥。N2保护下煅烧。得到有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂。步骤(3)中,制备有序介孔CMK-3负载Ba/Rh的煅烧温度为300-600℃。步骤(3)中,制备有序介孔CMK-3负载Ba/Rh的煅烧时间为1-5h。本专利技术提供了一种高比表面积、结构高度有序的介孔CMK-3负载K/Mo复合吸附剂。用在含NO(500ppm)和O2(5%)的N2的吸附中,得到了很好的去除效果,NO在常温下的吸附量可以达到144.5mg/g,远远大于其他材料的吸附能力。此外,本专利技术所提供的吸附剂具有很好的重复利用性能,在0–400℃会迅速释放其吸附的NOx,再生利用率为98.2%,所有这些性能将会有巨大的应用价值。为了达到上述目的本专利技术采用了如下的技术方案:一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂是由碱金属K、Mo和有序介孔CMK-3载体组成。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂中的载体介孔CMK-3的作用是吸附NOx,同时为碱金属提供基体,使K/Mo分散均匀,提高利用率。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂中负载的碱金属K的作用是提供更多的碱性位点,使NOx更容易被吸附。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂中K负载的量与载体介孔CMK-3的摩尔比例为:0.1/100–5/100。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂中负载的Mo的作用是促进碱性位点的活性,使NOx更容易被吸附。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂中Mo负载的量与载体介孔CMK-3的摩尔比例为:0.01/100–0.5/100。一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载K/Mo吸附剂的制备方法为:(1)有序介孔CMK-3的制备按照文献(Tae-WanKim,In-SooPark,andRyongRyoo.AngewandteChemie,2003,42,4375–4379.)报道的方法合成有序介孔炭材料CMK-3。称取2gP123置于100mL的小烧杯中,向烧杯中加入60mL蒸馏水并搅拌,加入盐酸调pH=2,搅拌30min后超声直至P123完全溶解于蒸馏水中。在35℃水浴条件下边搅拌边倒入9mL正硅酸四本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种低温吸附NOx有序介孔CMK‑3负载Ba/Rh吸附剂,其特征在于,将钡盐与铑盐负载于载体CMK‑3中,其中钡盐与载体CMK‑3的摩尔比为0.01/100–1/100;组分铑盐与载体CMK‑3的摩尔比为0.001/100–0.05/100。

【技术特征摘要】
2019.01.21 CN 2019100521035;2019.01.21 CN 201910051.一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂,其特征在于,将钡盐与铑盐负载于载体CMK-3中,其中钡盐与载体CMK-3的摩尔比为0.01/100–1/100;组分铑盐与载体CMK-3的摩尔比为0.001/100–0.05/100。2.根据权利要求1所述的一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂,其特征在于,所述钡盐为硝酸钡、乙酸钡,氯化钡当中的一种、两种或三种的任意比例混合组成;所述铑盐是硝酸铑,氯化铑的一种或者两种的任意比例混合组成。3.制备如权利要求1所述的一种低温吸附NOx有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂,其制备步骤是:(1)按照现有技术制备有序介孔CMK-3(2)有序介孔CMK-3负载Ba/Rh的制备将CMK-3加入至含有0.002mol/L钡盐和0.001mol/L铑盐的溶液中,搅拌1h,超声1h;将溶液悬蒸蒸干,80℃下过夜干燥;N2保护下升温至300-600℃煅烧1–4h;得到有序介孔CMK-3负载Ba/Rh吸附剂。4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,煅烧时升温速率为1-10℃/min。5.如权利要求1所述的一种低温吸附NOx有序介孔CM...

【专利技术属性】
技术研发人员:叶青武润平
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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