一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法。该方法主要包括如下步骤：（1）碳材料的制备；（2）氟掺杂碳基吸附材料的制备。本发明专利技术制备的氟掺杂碳基吸附材料不仅具有优先吸附乙烷的特征，而且对乙烷和乙烯都具有很高的吸附容量；与目前报道的π络合吸附剂相比，吸附热低，结构稳定，在吸附分离乙烷和乙烯方面具有很好的应用前景。

Method for preparing fluorine doped carbon based adsorption material for preferentially adsorbing ethane

The invention discloses a method for preparing fluorine doped carbon based adsorption material for preferentially adsorbing ethane. The method mainly includes the following steps: (1) preparation of carbon materials; (2) preparation of fluorine doped carbon based adsorbent. Fluorine doped carbon based adsorption material prepared by the invention not only has the characteristics of preferential adsorption of ethane, and has high adsorption capacity for ethane and ethylene; compared with the complexation adsorbent reported, adsorption heat low, stable structure, and has good application prospects in adsorption separation of ethane and ethylene.

【技术实现步骤摘要】
一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法
本专利技术涉及乙烯和乙烷吸附分离材料领域，具体涉及一种具有优先吸附乙烷特性的氟掺杂碳基吸附分离材料的制备方法。
技术介绍
乙烯是一种重要的化工原料，不仅广泛应用于制造聚合物，也可作为合成其他有机合成的中间体。全球每年生产超过2亿吨的乙烯和丙烯，其中乙烯(C2H4)是最简单的烯烃，也是工业上生产规模最大的化工产品。工业上要获得高纯度乙烯的主要途径主要来自于将裂解气中的烯烃和烷烃分离出来。由于乙烯和乙烷的相对挥发度相差很小，目前工业上分离乙烯和乙烷通常是应用高压、低温精馏塔进行分离，这是一个十分耗能的分离操作，其操作成本占据了75-85％的乙烯生产成本。为了减少能耗，降低乙烯生产成本，人们也一直在研发能在常温常压下进行分离乙烯和乙烷的新方法。近10年来报道的方法主要有可逆化学络合法、膜分离法、吸附法。而吸附法由于可在常温常压条件下进行分离，被认为是最具工业应用前景的分离烯烃和烷烃的新方法。在吸附分离法中吸附剂是其关键，它的性能将决定这个分离过程的效率和能耗。近年来报道可应用于乙烯和乙烷分离的吸附剂主要有沸石、活性炭以及金属有机骨架材料(MOFs)等。目前比较经典的做法是主要通过把Cu(I)和Ag(I)负载在高比表面积的载体上，通过π键络合作用优先吸附乙烯乙烷混合气中的乙烯，实现乙烯和乙烷的分离。例如，Tiscornia等用AgNO3溶液改性ETS-10多孔材料，制得Ag(I)/ETS-10吸附剂，不仅优先吸附丙烯，而且对丙烯的吸附容量在311K可达1.02mmol/g(TiscorniaInes,IrustaSilvia,PradanosPedro,TellezCarlos,CoronasJoaquin,SantamariaJesus.PreparationandcharacterizationoftitanosilicateAg-ETS-10forpropyleneandpropaneadsorption[J].J.Phys.Chem.C,2007,111:4702-4709)；Li等合成了Ag+功能化后的多孔芳香骨架材料，并证实了由于Ag+的π络合作用使得材料对乙烯的吸附容量从2.95mmol/g提升到了4.1mmol/g，同时选择性也从0.88增加到了125(LiB,ZhangY,KrishnaR,YaoK,HanY,WuZ,etal.Introductionofpi-complexationintoporousaromaticframeworkforhighlyselectiveadsorptionofethyleneoverethane.JAmChemSoc.2014；136(24):8654-60.)。尽管这些π络合吸附剂具有吸附乙烯的特性和高的乙烯/乙烷的吸附选择性，但它们有明显不足：(1)π键是一种弱化学键，其吸附结合力要明显强于物理吸附作用力，这导致脱附的能耗比较高；(2)在裂解气中，乙烯含量占主要部分，通常裂解气中乙烯和乙烷的比例为15:1，如果工业上用优先吸附乙烯的吸附剂吸附分离乙烯和乙烷，就意味着要在脱附过程中才能得到高纯度的乙烯。在工业生产过程中，通常使用减压脱附或者惰性气体吹扫脱附的方法，这种优先吸附乙烯的吸附流程意味着需要额外的脱附流程，至少需要四个吸脱附循环，这样的操作流程会必定增加额外的能耗。基于以上原因，如果吸附剂可以通过物理吸附作用优先吸附乙烷(混合气中的小部分组成)，则目标产物乙烯就可以直接经过吸附过程后获得，这种吸附工艺必将大大简化生产工艺和降低能耗。因此，研制可优先吸附乙烷的吸附剂已成为一个重要的课题。Zhu等人在298K下探究了球珠型活性炭对乙烯和乙烷的吸附性能，发现在15kPa下活性炭对乙烯和乙烷的吸附量均约为2mmol/g(ZhuW.,GroenJ.C.,MiltenburgA.v.,etal.ComparisonofadsorptionbehaviouroflightalkanesandalkenesonKurehaactivatedcarbon[J].Carbon,2005,43(7):1416-1423.)，几乎没有选择性。Byoung-UkChoi等人报道商品活性炭对乙烯和乙烷的吸附性能，结果发现活性炭在低压下可优先吸附乙烷，在293K和压力为15kPa时，活性炭对乙烷的吸附量为0.73mmol/g，乙烯吸附量为0.6mmol/g(Byoung-UkChoiD.-K.C.AdsorptionEquilibriaofMethane,Ethane,Ethylene,Nitrogen,andHydrogenontoActivatedCarbon[J].JChemEngData,2003,48:603-607.)，这些吸附量偏低，无工业应用价值。近年来，MOFs材料的大量涌现，引起人们探究其在烯烃和烷烃分离方面性能方面的关注。Bergh等和Gucuyener等报道ZIF-7通过“呼吸效应”实现优先吸附乙烷，且在100kPa、25℃条件下，ZIF-7对乙烷吸附量约为2mmol/g(vandenBerghJ.,GucuyenerC.,PidkoE.A.,etal.UnderstandingtheanomalousalkaneselectivityofZIF-7intheseparationoflightalkane/alkenemixtures[J].Chemistry,2011,17(32):8832-8840.)(CananGuyenerJ.v.d.B.Ethane/EtheneSeparationTurnedonItsHead:SelectiveEthaneAdsorptionontheMetal-OrganicFrameworkZIF-7throughaGate-OpeningMechanism[J].2010,132:17704-17706.)。Pires和Pillai等报道称IRMOF-8具有优先吸附乙烷的特性，且在100kPa、25℃条件下，IRMOF-8的乙烷吸附容量为4.0mmol/g，但乙烯/乙烷的选择性系数低于2(PiresJ,PintoML,SainiVK.EthaneselectiveIRMOF-8anditssignificanceinethane-ethyleneseparationbyadsorption.ACSappliedmaterials&interfaces.2014；6(15):12093-9.)(PillaiRS,PintoML,PiresJ,JorgeM,GomesJR.UnderstandingGasadsorptionselectivityinIRMOF-8usingmolecularsimulation.ACSappliedmaterials&interfaces.2015；7(1):624-37.)。最近，Liang等合成了一种双配体MOF材料Ni(bdc)(ted)0.5，该材料在100kPa、273K条件下的乙烷的吸附量达6.93mmol/g，且在压力低于100kPa时，该材料的乙烯/乙烷的选择性系数为2-7.8(LiangW本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）碳材料的制备：将糖类物质溶于水中配制糖类物质水溶液，进行碳化反应后，将反应产物用去离子水离心洗涤，干燥，得到碳材料；（2）氟掺杂碳基吸附材料的制备：将得到的碳材料与氢氧化钾混合后充分研磨，得到固体混合物；再往固体混合物中加入聚四氟乙烯进行混合，混合均匀后置于管式炉中，在惰性气体氛围下加热升温后进行反应，得到粗制的氟掺杂碳基吸附材料；将粗制的氟掺杂碳基吸附材料用蒸馏水清洗，干燥，得到所述优选吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：（1）碳材料的制备：将糖类物质溶于水中配制糖类物质水溶液，进行碳化反应后，将反应产物用去离子水离心洗涤，干燥，得到碳材料；（2）氟掺杂碳基吸附材料的制备：将得到的碳材料与氢氧化钾混合后充分研磨，得到固体混合物；再往固体混合物中加入聚四氟乙烯进行混合，混合均匀后置于管式炉中，在惰性气体氛围下加热升温后进行反应，得到粗制的氟掺杂碳基吸附材料；将粗制的氟掺杂碳基吸附材料用蒸馏水清洗，干燥，得到所述优选吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料。2.根据权利要求1所述的一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述糖类物质包括淀粉和淀粉糖中的一种以上。3.根据权利要求1所述的一种优先吸附乙烷的氟掺杂碳基吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述糖类物质水溶液的浓度为0.0125g/ml-0.4g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李忠，王兴杰，夏启斌，肖静，周欣，梁婉纹，袁彬钦，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44