多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用技术

本发明专利技术属于吸附和催化领域，具体涉及一种多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用。所述多组分沸石材料的组分组成为：A

Multicomponent zeolite material and its preparation and application in ozone purification and removal

【技术实现步骤摘要】
多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用
本专利技术属于吸附和催化领域，具体涉及一种多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用。
技术介绍
臭氧是一种常见的对人体健康及环境有损害的气体。臭氧可以刺激呼吸系统，引起肺功能降低等人体健康问题。在大气环境中，氮氧化物和二甲苯等挥发性有机化合物经阳光照射就可以生成臭氧。因为空气流通，室外臭氧会影响室内臭氧浓度。室内臭氧的其他来源还包括打印机、复印机、消毒设备和用于空气和水处理的臭氧发生器等设备。在许多情况下，室内臭氧浓度超过允许限值，所以需要控制室内空气臭氧浓度。除此之外，臭氧广泛存在于大气平流层，即客机航线主要飞行气层，因此要求从新风中去除臭氧。美国职业安全和健康管理局(OSHA)确定了人类对臭氧的最大允许暴露量，在0.1ppm条件下，暴露时间最长为8小时；在0.3ppm条件下，暴露时间最长为15分钟。我国《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定，日最高8小时平均臭氧浓度限值为100μg/m3(一级标准)和160μg/m3(二级标准),1小时平均臭氧浓度限值为160μg/m3(一级标准)和200μg/m3(二级标准)。目前，国内外广泛应用的去除臭氧的材料有活性炭材料，金属氧化物如氧化锰、氧化银，混合金属催化剂如Ce-Fe-Mn三元催化剂等，但普遍存在不易再生、老化快、成本高、制备工艺复杂与产业化难等不足。低成本的沸石材料作为新的替代材料逐渐受到国内外学者青睐。众所周知，沸石的孔道丰富，表面积大，在工业上作为吸附剂脱除二氧化氮、二氧化硫、氮氧化物等污染气体。Brodu(Chemicalengineeringjournal231(2013):281-286)研究了沸石和臭氧的相互作用机制，并认为沸石骨架上的Lewis酸位数量与强度是分解臭氧的关键所在。E.F.Mohamed(Environmentaltechnology39.7(2018):878-886)等研究了金属阳离子对沸石和臭氧相互作用的影响，并认为沸石上具有还原性的金属离子可以与臭氧发生分解反应。沸石骨架是由SiO4-和AlO4-四面体结构通过氧原子连接组合成的，可以形成多种笼状结构和多种孔道。沸石骨架可以分解成不同大小的环，对应不同的孔径，分为小孔(8元环，0.38nm)，中孔(10元环，0.56nm)，大孔(12元环，0.74nm)和超大孔沸石(大于12元环，大于0.74nm)。CHA型沸石孔径约0.38nm，ZSM-5约为0.56nm。由于气体具有不同的分子直径、不同的极性，所以可以选择性的进入沸石的内部孔道、或者吸附在沸石表面。沸石具有离子交换特性。分子筛表面和孔道会有相应的阳离子(H+或者金属阳离子Na+、Ca2+等)以均衡电性。通常，可以通过一些措施和手段人为的让某一种或多种目标金属阳离子去替换沸石原本携带的阳离子，此行为称为改性。不同金属原子具有不同的直径，如Fe3+的半径是0.055nm，Mn2+的半径是0.053nm，Ce3+的半径是0.102nm，有的金属离子可以进入孔道内部置换，有的只能负载在孔道口。臭氧的分子大小为0.52nm，更容易进入大于0.52nm的沸石孔道；臭氧具有极性，可以被吸附在沸石表面或孔道内。多金属组分沸石的孔道内部可以比单金属组分沸石具有更多的金属阳离子，进而可以提供更多的可用于吸附臭氧或催化反应去除臭氧的活性位点，促进臭氧的脱除。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种多组分沸石材料及其制备方法和在臭氧净化脱除中的应用。所述多组分沸石材料可以提供更多的可用于吸附臭氧或催化反应去除臭氧的活性位点，促进臭氧的脱除。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种多组分沸石材料，所述多组分沸石材料的组分组成为：AxByC1-x-y-Z、N-Z或N-AxByC1-x-y-Z；其中，A为A金属离子，占比为x；B为B金属离子，占比为y；C为C金属离子，占比(1-x-y)；Z为沸石；N表示沸石材料经铵盐溶液浸泡处理。本专利技术的另一目的在于提供一种多组分沸石材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1，在搅拌的条件下，将M种金属盐分别配制成金属盐溶液；S2，将S1中配制得到的金属盐溶液中按金属的活跃性顺序将金属活跃性最高的金属盐溶液与沸石原粉混合，得到混合液；S3，对所述混合液持续搅拌设定时间后，经循环洗涤(采用去离子水洗涤)和抽滤，得到滤饼；S4，将所述滤饼与金属活跃性第二高的金属盐溶液混合，重复步骤S4，直至所述M种所述金属盐中的金属离子进入所述沸石原粉孔道中，烘干滤饼，得到具有特定金属阳离子配比的多组分沸石材料AxByC1-x-y-Z。进一步地，所述金属的活跃性顺序指的是金属中金属的还原性从高到底的顺序；例如：K+比Na+更具亲和力，所以K+可以置换出沸石中的Na+。想要Cu2+和K+共存的沸石，则先与KCl溶液交换制备出K型的沸石；再与Cu(NO3)2溶液交换，制备出两种离子共存的沸石材料K-Cu-Z。进一步地，S1中M的取值不小于2，且为整数。进一步地，所述S3中，持续搅拌时设定时间至少为24h，优选24h～168h(1～7天)。进一步地，所述S3中，持续搅拌时混合液的温度是20-80℃。进一步地，所述制备方法还包括：S5，将所述多组分沸石材料AxByC1-x-y-Z置于铵盐溶液中浸泡后，经循环洗涤(采用去离子水洗涤)和抽滤后，烘干，得到N-AxByC1-x-y-Z。进一步地，使用金属盐溶液或/和铵盐溶液对沸石进行处理，提高沸石的金属离子负载量，提高沸石表面酸位点浓度，且不破坏沸石原有的丰富表面积及孔道，在催化和吸附的共同作用下加强对臭氧的脱除效果。进一步地，所述多组分沸石材料保存在干燥器内，避免空气湿度影响。进一步地，所述金属盐包括所述金属盐包括氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化铁、氯化钴、氯化镍、硝酸铜、氯化锰、硝酸锰中的任意两种或两种以上。进一步地，所述沸石原粉为LSX型沸石、MOR型沸石、FAU型沸石、CHA型沸石、HEU型沸石、BEA型沸石、ZSM-5沸石和SBA-15型沸石中的至少一种。进一步地，所述LSX型沸石、MOR型沸石、FAU型沸石、CHA型沸石、HEU型沸石、BEA型沸石、ZSM-5沸石和SBA-15型沸石为氢型、钠型或锂型。进一步地，所述金属盐溶液的浓度为0.01～10mol/L。进一步地，所述沸石原粉与金属盐溶液的固液比为1：50-500；例如，固液比为1/50，即250ml的金属盐溶液对应沸石原粉5g。进一步地，所述铵盐为氯化铵或硝酸铵。进一步地，所述铵盐溶液的浓度为0.01～10mol/L。进一步地，所述多组分沸石材料AxByC1-x-y-Z置于铵盐溶液中浸泡的浸泡时间为0.5～64h。进一步地，所述循环洗涤(采用去离子水洗涤)和抽滤的次数至少为1次；为1-7次，循环洗涤的目的是多余的氯离子或者硝酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多组分沸石材料，其特征在于，所述多组分沸石材料的组分组成为：A

【技术特征摘要】
1.一种多组分沸石材料，其特征在于，所述多组分沸石材料的组分组成为：AxByC1-x-y-Z、N-Z或N-AxByC1-x-y-Z；
其中，A为A金属离子，占比为x；B为B金属离子，占比为y；C为C金属离子，占比(1-x-y)；Z为沸石；N表示沸石材料经铵盐溶液浸泡处理。


2.一种如权利要求1所述的多组分沸石材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1，在搅拌的条件下，将M种金属盐分别配制成金属盐溶液；
S2，将S1中配制得到的金属盐溶液中按金属的活跃性顺序将金属活跃性最高的金属盐溶液与沸石原粉混合，得到混合液；
S3，对所述混合液持续搅拌设定时间后，经循环洗涤和抽滤，得到滤饼；
S4，将所述滤饼与金属活跃性第二高的金属盐溶液混合，重复步骤S4，直至所述M种所述金属盐中的金属离子进入所述沸石原粉孔道中，烘干滤饼，得到具有特定金属阳离子配比的多组分沸石材料AxByC1-x-y-Z。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述S1中M的取值不小于2，且为整数。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：李子宜，刘应书，刘梦溪，杨雄，刘文海，包丹琪，
申请(专利权)人：北京嘉盛天合气体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11