本申请公开了一种吸附剂及其制备方法和应用，所述吸附剂包含咪唑类化合物修饰的改性分子筛；其中，所述改性分子筛为经过离子交换的分子筛。所述制备方法，采用分子筛为原料，经过离子交换，再用咪唑类化合物进行修饰得到的吸附剂。本申请制备的吸附剂，降低了分子筛骨架表面极性，提升吸附剂对甲烷的选择性，甲烷/氮气分离比高达3.5以上，体现出高效的甲烷/氮气吸附分离性能，能够实现变压吸附中甲烷/氮气的有效分离，满足工业变压吸附分离甲烷/氮气的要求，降低工业运行成本。
An adsorbent and its preparation and Application
【技术实现步骤摘要】
一种吸附剂及其制备方法和应用
本申请涉及一种吸附剂及其制备方法和应用，属于化学材料领域。
技术介绍
从甲烷中分离氮气对于广泛应用的天然气具有非常重要的意义，由于氮气的存在会降低天然气的热值，通常含有一定量氮气的天然气需要提升浓度以满足管道输送最小热值的要求。由于甲烷与氮气的动力学直径差别很小(CH4为N2为)，且二者都是非极性分子，甲烷具有较高的极化率，氮气则具有偶极矩，使得二者分离十分困难。目前正在使用的甲烷和氮气的分离技术就是低温蒸馏，但低温蒸馏十分耗能，低温液化以及重压缩成本高，并且只有在含氮气量较高的情况下才比较合适。对于甲烷氮气分离来说，最理想的分离技术就是吸附也是目前研究的最多的，因为其在常温下操作且能得到压力较高的产品气体，低耗能且低成本。近年来，变压吸附(pressureswingabsorption,PSA)工艺以操作灵活方便、投资少、性能好的优势，成为了浓缩甲烷/氮气的最受关注的技术。影响PSA分离甲烷/氮气非常关键的因素是吸附剂，目前所采用的吸附剂一般较难满足甲烷/氮气的吸附选择性分离要求。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种吸附剂，所述吸附剂可用作甲烷/氮气分离吸附剂，以提高CH4/N2分离比，实现甲烷与氮气的有效分离。本申请中所述吸附剂为咪唑化合物对改性分子筛进行内部修饰。其中，所述咪唑类化合物为一种单纯化合物分子。本专利技术提供一种甲烷/氮气分离吸附剂的制备方法，所述的方法具体是以分子筛为原料，先在40-80℃条件下，对分子筛进行离子交换，然后在25-95℃的条件下，与咪唑类化合物反应对分子筛进行修饰，即可制得所述吸附剂。所述吸附剂，其特征在于，包含咪唑类化合物修饰的改性分子筛；其中，所述改性分子筛为经过离子交换的分子筛。所述吸附剂为咪唑类化合物修饰过的分子筛。所述咪唑类化合物以键合的方式修饰改性分子筛。可选地，所述经过离子交换的分子筛中金属元素的质量百分含量0.5％～20％。可选地，所述经过离子交换的分子筛中金属元素的质量百分含量0.7％～15％。可选地，所述咪唑类化合物对分子筛的内部起到了一个修饰的作用，未在分子筛内部或外部形成有序结构。可选地，所述吸附剂为咪唑类化合物修饰的改性分子筛。可选地，所述离子交换选自氢离子交换、金属离子交换中的至少一种。可选地，所述离子交换包括H+交换、Cu2+交换、Co2+交换、Cr3+交换、Fe3+交换、In2+交换、Zn2+交换、Mn2+交换、Fe2+交换中的至少一种。可选地，所述咪唑类化合物选自咪唑、2-甲基咪唑、N-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、苯并咪唑中的至少一种。可选地，所述分子筛选自MFI分子筛、FAU分子筛、MOR分子筛、BETA分子筛、CHA分子筛、TON分子筛、AFI分子筛、MCM-41分子筛、SBA-15分子筛中的至少一种。本申请的又一方面，提供了上述任一项所述的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：(1)将分子筛在40～80℃的条件下进行离子交换，得到改性分子筛；(2)将含有步骤(1)中的改性分子筛与咪唑类化合物的混合物在25～95℃的条件下反应，获得所述吸附剂。可选地，步骤(1)中所述离子交换包括：将分子筛在40～80℃的条件下，在相应的盐溶液中进行离子交换；所述离子交换的时间为2～24h。所述相应的盐溶液是指进行离子交换的所述离子相应的盐溶液。可选地，所述盐溶液为氯化物溶液、硝酸盐溶液、硫酸盐溶液、乙酸盐溶液中的至少一种；所述盐溶液的浓度为0.5～3mol/L。可选地，所述盐溶液的浓度为1M，即1mol/L。可选地，所述分子筛与所述盐溶液的固液比为1:10～1:80g/mL。优选地，所述分子筛与所述盐溶液的固液比为1:40g/mL。可选地，步骤(1)中所述的离子交换的温度上限选自50℃、60℃、70℃或80℃；下限选自40℃、50℃、60℃或70℃。可选地，步骤(2)中所述的混合物中所述分子筛和所述咪唑类化合物的质量比为0.2～20。可选地，步骤(2)中所述的反应的时间为2～8h。可选地，步骤(2)中所述的混合物中所述分子筛和所述咪唑类化合物的质量比上限选自0.3、0.5、1、2、5、8、10、12、15、18或20；下限选自0.2、0.3、0.5、1、2、5、8、10、12、15或18。可选地，步骤(2)中所述反应的温度上限选自30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃；下限选自25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃或90℃。可选地，步骤(2)中所述反应的温度为40～80℃。可选地，所述方法包括：(a)将分子筛在在40～80℃的条件下，利用相应的盐溶液进行离子交换，洗涤，干燥，得到离子交换的分子筛；(b)将离子交换的分子筛与咪唑类化合物在25～95℃的条件下反应，洗涤，烘干，获得所述吸附剂。可选地，上述任一项所述的吸附剂、根据上述任一项所述的方法制备得到的吸附剂中的至少一种作为甲烷/氮气分离吸附剂使用。本申请的另一方面，提供了一种甲烷/氮气分离吸附剂，其特征在于，包含上述任一项所述的吸附剂、根据上述任一项所述的方法制备得到的吸附剂中的至少一种。可选地，所述甲烷/氮气分离吸附剂在25℃，100KPa的条件下对甲烷和氮气进行吸附，甲烷氮气的平衡分离比达到2.6以上。可选地，所述甲烷/氮气分离吸附剂在25℃，100KPa的条件下对甲烷和氮气进行吸附，甲烷氮气的平衡分离比达到3.0以上。可选地，所述甲烷/氮气分离吸附剂在25℃，100KPa的条件下对甲烷和氮气进行吸附，甲烷氮气的平衡分离比达到3.5以上。本申请公开了一种甲烷/氮气分离用吸附剂及其制备方法，采用分子筛为原料，经过离子交换，再用咪唑类化合物进行修饰得到的吸附剂。本专利技术制备的吸附剂，降低了分子筛骨架表面极性，提升吸附剂对甲烷的选择性，甲烷/氮气分离比高达3.5以上，体现出高效的甲烷/氮气吸附分离性能，能够实现变压吸附中甲烷/氮气的有效分离，满足工业变压吸附分离甲烷/氮气的要求，降低工业运行成本。本申请能产生的有益效果包括：1)本申请中通过离子交换后再用咪唑基团对分子筛进行修饰，能够有效降低分子筛骨架表面极性，优先吸附甲烷。2)本申请中整个制备过程反应条件温和，操作简单，易于实现。3)本申请中以键合的方式用咪唑类化合物对分子筛进行修饰，能够防止咪唑的流失，具有较高的热稳定性，延长吸附剂寿命，减低成本。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买；其中，FAU型13X和Na-Y分子筛购买于大连海鑫化工有限公司，MFI本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种吸附剂，其特征在于，包含咪唑类化合物修饰的改性分子筛；其中，所述改性分子筛为经过离子交换的分子筛。/n
【技术特征摘要】
1.一种吸附剂，其特征在于，包含咪唑类化合物修饰的改性分子筛；其中，所述改性分子筛为经过离子交换的分子筛。
2.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述离子交换包括H+交换、Cu2+交换、Co2+交换、Cr3+交换、Fe3+交换、In2+交换、Zn2+交换、Mn2+交换、Fe2+交换中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述咪唑类化合物选自咪唑、2-甲基咪唑、N-甲基咪唑、2-乙基咪唑、2-丙基咪唑、苯并咪唑中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述分子筛选自MFI分子筛、FAU分子筛、MOR分子筛、BETA分子筛、CHA分子筛、TON分子筛、AFI分子筛、MCM-41分子筛、SBA-15分子筛中的至少一种。
5.权利要求1至4任一项所述的吸附剂的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将分子筛在40～80℃的条件下进行离子交换，得到改性分子筛；
(2)将含有步骤(1)中的改性分子筛与咪唑类化合物的混合物在25～95℃的条件下反应，获得所述吸附剂。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述离子交换包...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴雅琪，袁丹华，陈兆安，徐云鹏，刘中民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21
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