一种3DOM结构复合吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种具有3DOM结构的ZnFe

【技术实现步骤摘要】
一种3DOM结构复合吸附剂及其制备方法和应用
本专利技术属于无机纳米多孔功能材料制备
，具体涉及一种3DOM结构复合吸附剂及其制备方法和应用，主要用于H2S的精脱除领域。
技术介绍
硫化氢(分子式为H2S)在标准状况下是一种无色有刺激性恶臭的气体，且同时具有毒性、腐蚀性和易燃性等特点，属高危化学品，低阈值的H2S就可对人体健康、生态环境和工业生产产生严重危害。当前，硫化氢的脱除方法包括吸收法、膜分离、低温精馏和吸附法等。其中吸附法是一种工艺简单、吸附硫容大、精度高、成本低的技术，尤其适合对脱硫精度有较高需求的工艺，在当前及未来的工业应用领域有十分重要的应用前景。目前的H2S吸附剂吸吸附能力有限，还有待于提高。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种3DOM结构复合吸附剂及其制备方法和应，本专利技术3DOM结构复合吸附剂对H2S的吸附效果优良。本专利技术采用的技术方案如下：一种3DOM结构复合吸附剂，其组分包括ZnFe2O4和SiO2，以质量百分数计，ZnFe2O4含量不少于30％，SiO2的质量含量不超过70％；所述3DOM结构复合吸附剂孔径分布范围在100-300nm，壁厚10-30nm。本专利技术如上所述3DOM结构复合吸附剂的制备方法，包括如下过程：获取直径为100-300nm的胶晶微球；获取柠檬酸螯合的金属盐溶液，所述金属盐溶液中含有Fe源、Zn源和柠檬酸；制备前驱体溶液：将硅前驱体溶液、柠檬酸螯合的金属盐溶液以及软模板剂的醇溶液混合，得到所述前驱体溶液；以所述胶晶微球为胶晶模板，利用胶晶模板和所述前驱体溶液通过抽滤的方式制备得到复合体；对所述复合体进行干燥、焙烧得到所述3DOM结构复合吸附剂。优选的，胶晶微球制备过程包括：使用中性或碱性氧化铝层析柱，对苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯进行1-5次去阻聚剂处理，处理后采用无皂乳液聚合法制备不同直径的胶晶微球。优选的，柠檬酸螯合的金属盐溶液的制备过程如下：以质量比计，称取预设量的Fe源和Zn源，然后溶解于醇溶液中，制备得到0.5-2mol/L的金属盐溶液，然后按照金属盐物质的量1-2倍的比例加入柠檬酸，加热至50-80℃混合搅拌后，获得柠檬酸螯合的金属盐溶液。优选的，所述的Fe源为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3或FeCl3；所述的Zn源为Zn(NO3)2、ZnSO4或ZnCl2；所述醇溶液为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、辛醇和乙二醇中的一种或几种混合物。优选的，硅前驱体溶液采用正硅酸乙酯、浓盐酸(质量浓度37％)、去离子水和乙醇按照摩尔比10:39:3:18混合搅拌0.5-3h后制得。优选的，利用胶晶模板和所述前驱体溶液通过抽滤的方式制备得到复合体时，在真空抽滤的条件下，向胶晶模板逐滴滴加前驱体溶液，使胶晶模板完全浸润且浸润均匀，将多余前驱体溶液去除后，在20-100℃条件下干燥6-12h，重复上述抽滤-滴加-干燥的步骤若干次，使前驱体溶液干燥后形成的结构达到预设的厚度，得到所述复合体。优选的，所述复合体进行焙烧时，在N2气氛下以0.1-5℃/min的升温速率升至300℃，保温3-12h，随炉冷却至温室温，切换为空气气氛，以0.1-5℃/min升温至300℃并保温1-12h，再以0.1-5℃/min升温至500℃，保温3-12h，得到3DOM结构复合吸附剂。优选的，在制备所述复合体时，先将胶晶微球于50-100℃下热处理1-20min，再用于抽滤；所述胶晶微球为聚苯乙烯微球或聚甲基丙烯酸甲酯微球；所述软模板剂为聚醚P123或P127。本专利技术如上所述3DOM结构复合吸附剂的应用，所述3DOM结构复合吸附剂用于气相组分中H2S的脱除。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术3DOM结构复合吸附剂的组分包括ZnFe2O4和SiO2，以质量百分数计，ZnFe2O4含量不少于30％，SiO2的质量含量不超过70％；所述3DOM结构复合吸附剂孔径分布范围在100-300nm，壁厚10-30nm。本专利技术复合吸附剂以Zn、Fe为主要活性组分，对H2S去除效率高。以SiO2为结构助剂，因此结构稳定性好，可反复再生。100-300nm的大孔结构促进了H2S的吸附效率。本专利技术3DOM结构复合吸附剂的制备方法中，制备时以胶晶微球为胶晶模板，利用胶晶模板和前驱体溶液通过抽滤的方式制备得到复合体；本专利技术采用原位共沉淀工艺，可以保证活性组分分布均匀，模板剂使得孔道结构规则有序。进一步的，本专利技术的胶晶微球制备过程中，进行了去阻聚剂处理，去除阻聚剂后能够促进胶晶微球的聚合成型。进一步的，本专利技术制备柠檬酸螯合的金属盐溶液，能够促进金属盐溶液与模板剂的结合。进一步的，利用胶晶模板和所述前驱体溶液通过抽滤的方式制备得到复合体，通过真空抽滤能够使模板剂与前驱体溶液浸润均匀。进一步的，所述复合体进行焙烧时，N2气氛保护能够先促进活性组分成型，再通入空气气氛进一步提高强度，最后高温煅烧除去模板剂。组合工艺能够防止直接高温煅烧而引起结构坍塌。进一步的，在制备所述复合体时，先将胶晶微球于100℃下热处理5min，能够增强胶晶微球的强度，防止造孔过程中的结构塌陷，造成孔道堵塞。本专利技术3DOM结构复合吸附剂用于气相组分中H2S的脱除时，对H2S的脱除效果好，能够有效地提升吸附效率、延长吸附剂的寿命，促进吸附剂的重复使用，从而降低成本。附图说明图1(a)是本专利技术实施例中制得的直径约280nm的PS(聚苯乙烯)微球的SEM图；图1(b)是本专利技术实施例中制得的直径约250nm的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)微球的SEM图；图1(c)是本专利技术实施例中制得的直径约480nm的PS(聚苯乙烯)微球的SEM图；图1(d)为本专利技术中胶晶微球层状堆砌的SEM图；图2(a)是本专利技术实施例中3DOM结构复合吸附剂的电子显微镜形貌图(30wt％铁酸锌)；图2(b)是本专利技术实施例中3DOM结构复合吸附剂的电子显微镜形貌图(50wt％铁酸锌)；图2(c)是本专利技术实施例中3DOM结构复合吸附剂的电子显微镜形貌图(70wt％铁酸锌)；图2(d)是本专利技术实施例中3DOM结构复合吸附剂的电子显微镜形貌图(100wt％铁酸锌)；图3(a)是本专利技术3DOM结构复合吸附剂的TEM图；图3(b)是本专利技术3DOM结构复合吸附剂的TEM图；图4是本专利技术3DOM结构复合吸附剂的XRD谱图，其中，曲线a为含有30wt％铁酸锌的XRD谱图，曲线b为含有50wt％铁酸锌的XRD谱图，曲线c为含有70wt％铁酸锌的XRD谱图，曲线d为含有100wt％铁酸锌的XRD谱图)；图5是本专利技术材料对H2S吸附实验结果图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方法，对本专利技术进行进一步阐释。以下实施例仅用于说明本专利技术，但不构成对本专利技术的任何限制本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3DOM结构复合吸附剂，其特征在于，其组分包括ZnFe

【技术特征摘要】
1.一种3DOM结构复合吸附剂，其特征在于，其组分包括ZnFe2O4和SiO2，以质量百分数计，ZnFe2O4含量不少于30％，SiO2的质量含量不超过70％；
所述3DOM结构复合吸附剂孔径分布范围在100-300nm，壁厚10-30nm。


2.权利要求1所述3DOM结构复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下过程：
获取直径为100-300nm的胶晶微球；
获取柠檬酸螯合的金属盐溶液，所述金属盐溶液中含有Fe源、Zn源和柠檬酸；
制备前驱体溶液：将硅前驱体溶液、柠檬酸螯合的金属盐溶液以及软模板剂的醇溶液混合，得到所述前驱体溶液；
以所述胶晶微球为胶晶模板，利用胶晶模板和所述前驱体溶液通过抽滤的方式制备得到复合体；对所述复合体进行干燥、焙烧得到所述3DOM结构复合吸附剂。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，胶晶微球制备过程包括：使用中性或碱性氧化铝层析柱，对苯乙烯或甲基丙烯酸甲酯进行1-5次去阻聚剂处理，处理后采用无皂乳液聚合法制备不同直径的胶晶微球。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，柠檬酸螯合的金属盐溶液的制备过程如下：以质量比计，称取预设量的Fe源和Zn源，然后溶解于醇溶液中，制备得到0.5-2mol/L的金属盐溶液，然后按照金属盐物质的量1-2倍的比例加入柠檬酸，加热至50-80℃混合搅拌后，获得柠檬酸螯合的金属盐溶液。


5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述的Fe源为Fe(NO3)3、Fe2(SO4)3或FeCl3；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李璐，段明哲，何炽，董瑞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61