本发明专利技术属于吸附剂制备领域，尤其涉及一种铜基吸附剂及其制备方法和其在脱除氢气中一氧化碳的应用。该制备方法包括以下步骤：1)配置铜盐前驱体溶液，所述的铜盐前驱体溶液中添加有机化合物分散剂；其中所述的有机化合物分散剂为乙二醇、仲丁醇、柠檬酸中的至少一种；2)将Y型分子筛载体浸渍于步骤1)制得的前驱体溶液中，干燥、焙烧后，制得Y型分子筛的铜基吸附剂。本发明专利技术提供的铜基吸附剂，铜颗粒的分散度得到极大的提高，比表面积成倍的增加，用于脱除氢气中一氧化碳具有脱除精度高、吸附容量高、寿命长的优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于吸附剂制备领域，尤其涉及一种铜基吸附剂及其制备方法和其在脱除氢气中一氧化碳的应用。
技术介绍
1、高纯氢作为燃料电池的主要能源，其品质是决定着燃料电池能否快速发展的关键因素之一。氢气中如果杂质气体过多会引起燃料电池电极催化剂中毒，特别是痕量co就能够使阳极催化剂发生不可逆转的中毒现象，这严重损害了燃料电池的使用寿命。为此国家对燃料电池级氢气制定了严苛的质量品质要求(gb/t34872-2017)，明确了特定痕量杂质组分的浓度控制，特别是一氧化碳的含量(<0.2ppm)。随着燃料电池汽车工业的发展和扩大，对氢气中含有的痕量co气体的去除技术引起了广泛的关注。
2、目前常用的分离氢气中co的方法包括：深冷分离法、吸收分离法、膜分离法、吸附分离法。前三者受制于运行成本以及运行稳定性等问题，难以大规模应用，这使得吸附分离(例如psa-变压吸附)成为了一氧化碳脱除的重要方式。吸附分离的重点在于吸附剂，因此吸附材料的性能成为整个吸附分离过程的关键，在众多吸附材料中分子筛、活性炭和mof等多孔材料固然含有较高的比表面积和潜在的吸附容量，但由于他们对co的选择性较差，不能直接用作吸附材料。除此之外，一些特定的金属化合物对co有着较强的络合作用，例如，cu(i)可以通过π轨道与co的p轨道络合，实现对co的选择性吸附作用；ni也可以与co形成化学键，实现对co的选择性吸附。由此引发了如何将具有高吸附活性的金属化合物负载在高比表面积的载体上，以提高co吸附容量的思考，这在实验室研究和工业应用上得到了越来越多的关注。</p>3、例如，cn105749835a公开了一种一氧化碳吸附剂的制备方法，以nay为载体，氯化铜化合物为活性组分，采用离子交换法制备负载型吸附剂，并用该吸附剂用于脱除气体中一氧化碳，但该吸附剂对一氧化碳吸附容量仅为19-21ml/g，吸附效果较低，并且该吸附剂没有提及吸附剂脱除一氧化碳的精度和吸附剂的再生条件及性能。
4、cn109908892a公开了一种超纯氢气纯化吸附剂材料，采用负载ni催化剂(ni/al2o3)脱除氢气中的ppm级co杂质，可将其浓度降到1ppb以下，满足半导体及led生产等电子行业对超纯氢的需求。但要求原料氢中co的浓度仅为几个ppm，且并未注明吸附剂的吸附容量。
5、为了实现吸附剂对氢气中一氧化碳的高吸附容量和脱除深度，需要开发一种制备方法简单、操作条件温和、脱除一氧化碳效果更好的吸附剂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种铜基吸附剂及其制备方法和其在脱除氢气中一氧化碳的应用。本专利技术以y型分子筛为载体，以cu2o或cuo形式存在的金属铜元素为活性组分，采用特定的浸渍法，即以包含有机化合物分散剂的铜盐前驱体溶液浸渍y型分子筛，制备得到的铜基吸附剂具有一氧化碳容量高、脱除深度高的优点。
2、具体地，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术的第一方面，提供一种利用有机化合物分散剂制备铜基吸附剂的方法，包括以下步骤：
4、1)配置铜盐前驱体溶液，所述的铜盐前驱体溶液中添加有机化合物分散剂；其中所述的有机化合物分散剂为乙二醇、仲丁醇、柠檬酸中的至少一种；所述的铜盐前驱体溶液中铜元素与有机化合物分散剂的重量比为2-8：1；
5、2)将y型分子筛载体浸渍于步骤1)制得的前驱体溶液中，干燥、焙烧后，制得y型分子筛的铜基吸附剂；其中，所述的铜盐前驱体溶液中铜元素与y型分子筛的重量比为0.05-0.2：1。
6、本专利技术以y型分子筛作为载体，其具有八面体沸石的晶体结构，由笼和六方柱形成的大笼为八面沸石笼，它们相通的窗孔为十二元环，可以提高金属的分散性，也有利于反应物与产物气体的扩散，同时本专利技术发现，相比其它多孔载体，y型分子筛因其特殊的孔结构和表面酸性，对一氧化碳有更高的物理吸附容量。基于普通浸渍法负载金属后，金属由于与载体的相互作用力较弱，导致其金属的分布不均匀。因此，本专利技术在浸渍过程中引入了选自乙二醇、仲丁醇、柠檬酸的有机化合物分散剂，上述有机化合物分散剂在煅烧过程中会分解成气体，有利于提高活性组分cu2o或cuo在y型分子筛上的分散度，分散均匀，从而提高了吸附剂的活性和脱除精度。
7、优选的，步骤1)中所述的铜盐前驱体溶液中铜盐为氯化铜、氯化亚铜、醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；更优选为氯化铜。溶剂优选为蒸馏水。
8、优选的，步骤1)中所述的铜盐前驱体溶液中铜元素与有机化合物分散剂的重量比为3-7：1。
9、优选的，步骤2)中所述的金属铜元素与y型分子筛的重量比为0.06-0.1：1。
10、优选的，步骤2)中所述的浸渍采用等体积浸渍法，浸渍的温度为35～45℃。
11、优选的，步骤2)中所述的浸渍在超声下进行，优选浸渍的时间为1-6h，更优选为2-3h。
12、优选的，步骤2)中所述的干燥为真空干燥，优选真空干燥的时间的温度为50-130℃，时间为3-15小时；更优选的，温度为80-110℃，时间为6-10小时。
13、优选的，步骤2)中所述的焙烧的温度为300-700℃，时间为1-10小时；更优选的，温度为350-650℃，时间为2-6小时。
14、本专利技术的第二方面，提供一种铜基吸附剂，其采用上述任一的方法制备得到。
15、本专利技术的第三方面，提供上述方法制备的铜基吸附剂或上述铜基吸附剂在脱除氢气中一氧化碳的应用。
16、优选的，在脱除氢气中一氧化碳前，还包括对铜基吸附剂进行活化，包括：在氮气空速为800-2000h-1，压力为常压至1.0mpa(表压)，温度为250-550℃的条件下活化2～5h。
17、优选的，铜基吸附剂在氢气空速为1000-5000h-1，压力为常压至3.5mpa(表压)，温度为常温至60℃的条件下脱除氢气中一氧化碳；
18、所述一氧化碳在氢气中的体积分数为1-300ppm。
19、优选的，还包括对穿透后的铜基吸附剂进行再生，包括：在空速为800h-1，压力为0.1mpa的干燥的氮气气流吹扫下，升温至120℃，保持2小时，再升温至300℃，保持9小时，然后降温至20-50℃。
20、本专利技术具有如下有益效果：
21、1)本专利技术提供的铜基吸附剂，铜颗粒分散均匀，其分散度极大的提高，且铜金属的比表面积成倍的增加，铜金属组分进入分子筛孔道内部，用于脱除氢气中一氧化碳具有脱除精度高、吸附容量高、寿命长的优点；
22、2)本专利技术提供的铜基吸附剂，制备过程简便易行，不引入其他金属，有机化合物分散剂在焙烧过程中分解成气体，不存在于制备的吸附剂体系中，对环境无污染；
23、3)本专利技术提供的铜基吸附剂，用于脱除氢气中一氧化碳的工艺简单、运行成本低，吸附剂穿透后可以通过加温方式进行再生，再生后的吸附剂可以循环使用，极具工业化前景。
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【技术保护点】
1.一种铜基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的铜盐前驱体溶液中铜盐为氯化铜、氯化亚铜、醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；优选为氯化铜；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的铜盐前驱体溶液中铜元素与有机化合物分散剂的重量比为3-7：1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的金属铜元素与Y型分子筛的重量比为0.06-0.1：1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的浸渍采用等体积浸渍法，浸渍的温度为35～45℃；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的干燥为真空干燥，优选真空干燥的时间的温度为50-130℃，时间为3-15小时；更优选的，温度为80-110℃，时间为6-10小时。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，骤2)中所述的焙烧的温度为300-700℃，时间为1-10小时；更优选的，温度为350-650℃，时间为2-6小时。
8.一种铜基吸附剂，其特征在于，通过权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。
9.权利要求1-7任一项所述制备方法制备得到的铜基吸附剂或权利要求8所述铜基吸附剂在脱除氢气中一氧化碳的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，在脱除氢气中一氧化碳前，还包括对铜基吸附剂进行活化，包括：在氮气空速为800-2000h-1，压力为常压至1.0MPa，温度为250-550℃的条件下活化2～5h；
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【技术特征摘要】
1.一种铜基吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的铜盐前驱体溶液中铜盐为氯化铜、氯化亚铜、醋酸铜、硫酸铜、硝酸铜中的至少一种；优选为氯化铜；
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述的铜盐前驱体溶液中铜元素与有机化合物分散剂的重量比为3-7：1。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的金属铜元素与y型分子筛的重量比为0.06-0.1：1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的浸渍采用等体积浸渍法，浸渍的温度为35～45℃；
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述的干燥为真空干燥，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张超，张瑜，王秀林，宋鹏飞，聂锁府，侯建国，周树辉，隋依言，段品佳，姚辉超，张雨晴，梁威，卢璐，戴若云，吴思达，
申请(专利权)人：中海石油气电集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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