一种糖蜜基吸附材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于吸附材料领域，公开了一种糖蜜基吸附材料及其制备方法和应用。将糖蜜用水稀释并加入硫酸酸化，得到酸化后的糖蜜水溶液；将所得糖蜜水溶液和乙醇混合，并加入PEI，得到混合液，将混合液加热至140～220℃进行碳化聚合反应，得到碳‑PEI复合物；将所得碳‑PEI复合物与KOH水溶液搅拌混合均匀，过滤后在惰性气氛中升温至550～850℃进行活化反应，产物依次经酸洗，水洗，干燥后得到糖蜜基吸附材料。本发明专利技术采用糖蜜作为原料，所得吸附材料具有丰富的孔隙结构以及含氧官能团，不仅具有优先吸附乙烷特性，而且具有较高的吸附容量和良好的乙烷/乙烯吸附选择性，具有很好的工业应用前景。

Molasses based adsorbent material and preparation method and application thereof

The invention belongs to the field of adsorption materials, and discloses a molasses based adsorption material and a preparation method and application thereof. The molasses is diluted with water and acidified by adding sulfuric acid to get the acidified molasses water solution. The mixture of molasses water solution and ethanol is mixed and PEI is added to the mixture. The mixture is heated to 140~220 centigrade to be carbonized and polymerized, and the carbon PEI complex is mixed with the KOH solution. Uniform, filtered and then heated to 550~850 C in an inert atmosphere for activation. The products were then pickled, washed and dried to obtain molasses based adsorbent. The invention uses molasses as the raw material. The adsorbed material has rich pore structure and oxygen containing functional group. It not only has the characteristics of preferential adsorption of ethane, but also has high adsorption capacity and good selectivity for ethane / ethylene adsorption. It has a good industrial application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种糖蜜基吸附材料及其制备方法和应用
本专利技术属于吸附材料领域，具体涉及一种糖蜜基吸附材料及其制备方法和应用。
技术介绍
乙烯(C2H4)是非常重要的化工原料，通常主要通过石脑油或乙烷的蒸汽裂解和热分解来获得，但在这个过程当中产生的乙烯中会夹杂着一定含量的甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)和二氧化碳(CO2)等。而由于C2H6和C2H4具有极其相近的物理性质，使得很难将C2H6从混合物中分离出去。在工业上，乙烷乙烯的分离主要通过高压冷冻精馏(7-28bar，183-258K)来实现，这个过程是非常耗能的，占据了乙烯生产成本的一大部分。为了节能降低成本，在常温常压下实现有效的分离是非常需要的。在众多方法中，吸附方法由于具有可在常温条件下分离等优点，近些年已被广泛关注并应用在乙烯乙烷分离的研究中，同时大量的吸附分离吸附剂已经逐渐被研发出来。但是由于乙烯中存在π键，较容易和吸附剂中的不饱和金属位点或者其它的极性位发生络合作用，从而大部分的吸附剂主要为优先吸附乙烯，然而这些吸附剂在实际应用过程中将面临一个脱附的过程，而这脱附的过程是比较耗能的，这就大大地提高了分离的复杂性和成本性。因此，通过使用优先吸附乙烷的吸附剂就可以解决这些问题，近些年，关于优先吸附乙烷的报道也越来越多，中大陈小明院士在其工作中发现MAF-49具有优先吸附乙烷的特性，这主要是由于材料会和乙烷乙烯分别形成强度大小不一的氢键，而乙烷可以形成六个氢键，使得材料对乙烷具有更强的作用力，呈现优先吸附乙烷的性能，但是这个材料的吸附容量相对较低，在316K，1bar下乙烷的吸附量只有1.78mmol/g左右(P.Q.Liao,W.X.Zhang,J.P.Zhang,X.M.Chen,Efficientpurificationofethenebyanethane-trappingmetal-organicframework,Naturecommunications6(2015),8697.)。DipenduSaha发现多孔纳米材料氮化硼在也呈现出优先吸附乙烷的性质，但是其分离选择性只有2左右，分离性能较差(D.Saha,G.Orkoulas,S.Yohannan,H.C.Ho,E.Cakmak,J.Chen,S.Ozcan,NanoporousBoronNitrideasExceptionallyThermallyStableAdsorbent:RoleinEfficientSeparationofLightHydrocarbons,ACSappliedmaterials&interfaces(2017))。IRMOF-8也被报道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):12093-12099；PillaiRS,PintoML,PiresJ,JorgeM,GomesJR.UnderstandingGasadsorptionselectivityinIRMOF-8usingmolecularsimulation.ACSappliedmaterials&interfaces.2015；7(1):624-37)。以上报道的吸附剂都表现出了优先乙烷的性质，然而它们依然存在着分离选择性低，吸附量不高等问题，因此也限制了这些优先吸附乙烷吸附剂的使用。多孔碳材料由于具有较高的比表面积、较强的化学稳定性、水热稳定性以及可调的孔隙结构等等优势，使得其在很多领域都具有一定的发展潜力和应用前景。近些年采用多孔碳材料进行乙烯乙烷分离的探究越来越多，Wang[14]采用多巴胺作为碳源，进行多孔碳材料的合成，结果显示其具有良好的吸附分离性能和高的吸附容量，在常温常压下，乙烷最高吸附量达7.93mmol/g，选择性为7.94，但是其选择的碳源相对较贵，制作成本较高(X.Wang,Y.Wu,X.Zhou,J.Xiao,Q.Xia,H.Wang,Z.Li,NovelC-PDAadsorbentswithhighuptakeandpreferentialadsorptionofethaneoverethylene,ChemicalEngineeringScience155(2016):338-347)。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种糖蜜基吸附材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的糖蜜基吸附材料。本专利技术的再一目的在于提供上述糖蜜基吸附材料在乙烯乙烷分离中的应用。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种糖蜜基吸附材料的制备方法，包含以下制备步骤：(1)将糖蜜用水稀释并加入硫酸酸化，离心去除灰分和杂质，得到酸化后的糖蜜水溶液；(2)将所得糖蜜水溶液和乙醇混合，并加入聚乙烯亚胺(PEI)，得到混合液，然后将混合液加热至140～220℃进行碳化聚合反应，反应产物经水洗，离心，干燥，得到碳-PEI复合物；(3)将所得碳-PEI复合物与KOH水溶液搅拌混合均匀，过滤后得到碳-PEI复合物-KOH混合物，然后在惰性气氛中升温至550～850℃进行活化反应，产物依次经酸洗，水洗，干燥后得到糖蜜基吸附材料。优选地，步骤(1)中所述硫酸为12M浓硫酸水溶液，糖蜜与硫酸加入的质量比为1:(0.01～0.2)。优选地，步骤(1)中所得糖蜜水溶液的浓度为0.0125～0.4g/ml。优选地，步骤(2)中所述糖蜜水溶液和乙醇混合的体积比为1:(0.1～7)。优选地，步骤(2)中所述PEI的加入量为糖蜜质量的1％～20％。优选地，步骤(2)中所述碳化聚合反应的时间为4～24h。优选地，步骤(3)中所述KOH水溶液的浓度为4M，碳-PEI复合物与KOH水溶液的质量比为1:(1～6)。优选地，步骤(3)中所述的惰性气氛是指氩气气氛、氮气气氛或氩气和氮气的混合气氛。优选地，步骤(3)中所述升温的速率为2～10℃/min，所述活化反应的时间为0.5～4h。优选地，步骤(3)中所述的酸洗是指用1mol/L的稀盐酸洗涤。一种糖蜜基吸附材料，通过上述方法制备得到。上述糖蜜基吸附材料在乙烯乙烷分离中的应用。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术采用糖蜜(wastemolasses)作为制备吸附材料的碳源，糖蜜是制糖厂的一种副产品，其无法再蒸浓结晶的母液，含有全糖分(蔗糖和还原糖)约50％，具有材料来源比较广泛，价格低廉的优点。(2)本专利技术所得吸附材料具有丰富的孔隙结构以及含氧官能团，不仅具有优先吸附乙烷特性，而且具有较高的吸附容量和良好的乙烷/乙烯吸附选择性，具有很好的工业应用前景。(3)本专利技术的制备方法操作简单，容易实现，重现性好。附图说明图1为本专利技术实施例所得糖蜜基吸附材料的N2吸附等温线图。图2为本专利技术实施例所得糖蜜基吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种糖蜜基吸附材料的制备方法，其特征在于包含以下制备步骤：(1)将糖蜜用水稀释并加入硫酸酸化，离心去除灰分和杂质，得到酸化后的糖蜜水溶液；(2)将所得糖蜜水溶液和乙醇混合，并加入PEI，得到混合液，然后将混合液加热至140～220℃进行碳化聚合反应，反应产物经水洗，离心，干燥，得到碳‑PEI复合物；(3)将所得碳‑PEI复合物与KOH水溶液搅拌混合均匀，过滤后得到碳‑PEI复合物‑KOH混合物，然后在惰性气氛中升温至550～850℃进行活化反应，产物依次经酸洗，水洗，干燥后得到糖蜜基吸附材料。

【技术特征摘要】
1.一种糖蜜基吸附材料的制备方法，其特征在于包含以下制备步骤：(1)将糖蜜用水稀释并加入硫酸酸化，离心去除灰分和杂质，得到酸化后的糖蜜水溶液；(2)将所得糖蜜水溶液和乙醇混合，并加入PEI，得到混合液，然后将混合液加热至140～220℃进行碳化聚合反应，反应产物经水洗，离心，干燥，得到碳-PEI复合物；(3)将所得碳-PEI复合物与KOH水溶液搅拌混合均匀，过滤后得到碳-PEI复合物-KOH混合物，然后在惰性气氛中升温至550～850℃进行活化反应，产物依次经酸洗，水洗，干燥后得到糖蜜基吸附材料。2.根据权利要求1所述的一种糖蜜基吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述硫酸为12M浓硫酸水溶液，糖蜜与硫酸加入的质量比为1:(0.01～0.2)。3.根据权利要求1所述的一种糖蜜基吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所得糖蜜水溶液的浓度为0.0125～0.4g/ml。4.根据权利要求1所述的一种糖蜜基吸附材料的制备方法，其特征在于：步...

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