【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于吸附材料制备及应用，具体为一种以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法及应用。
技术介绍
1、能源问题与人类的可持续发展密切相关，面对我国贫油少气的现状，积极开发、高效利用低品质能源是未来能源领域发展的方向。煤层气是一种赋存在煤层或煤系地层中以ch4为主要气体成分的非常规清洁能源。煤层气开发利用的关键在于ch4的提浓与净化。当ch4浓度大于80％时，才能以高效燃料进入城市天然气网；当用作化工优质原料时，ch4则需达到更高的浓度要求。
2、煤层气的浓缩主要是将水、氮气、氧气、二氧化碳、硫化物以及重碳氢化合物等多种杂质去除，由于ch4和n2相似的物理性质，使得n2的去除最具挑战性。psa技术因其能耗低、处理量大、效率高、设备简单、污染小等优点，成为ch4/n2分离最具潜力和应用前景的技术。高效吸附剂的开发是psa技术的核心，目前研究的ch4/n2混合气分离吸附剂有碳分子筛(cms)、活性炭(ac)、沸石分子筛以及mof材料。各吸附剂材料都存在优势和缺点，炭基吸附剂材料价格便宜、孔道结构发达，但存在孔隙结构受原料种类影响较大、结构不稳定、孔道结构不均一等问题限制了其分离选择性的提高；沸石分子筛孔道结构规整、比表面积大、稳定性好，研究人员最先系统地研究了常规分子筛的ch4和n2吸附性能，如4a、5a、丝光沸石、13x等，发现其ch4和n2的平衡吸附量相差较小，很难实现高效分离。目前分子筛基材料仍然面临诸多问题，例如沸石分子筛高度极化的表面会优先吸附ch4，然而扩散动力学则会优先选择吸附n2，存在竞争吸附的问题；
3、cn 106693896 b公布了一种甲烷吸附分离的复合结构吸附材料，以金属有机框架材料作为包覆层，以活性炭、分子筛或者两者的混合物作为被包覆层。该方法虽然对ch4/n2有一定的分离效果，但是原料成本高、制备工艺复杂，且ch4/n2的平衡分离比不高。cn110354803 b公布了一种分离ch4/n2的整体式复合多孔炭吸附材料，通过酚醛缩合、老化、干燥、炭化和活化制得复合多孔碳吸附材料，通过调节活化时间来调控炭表面极性位点的量，由于ch4极化率较高，会优先吸附在极性位点上，从而实现ch4/n2的分离。但是该吸附剂材料表面极性位点会与ch4形成强的作用力，不利于ch4的脱附，导致经济性不高，不利于吸附剂材料的工业化应用。韩国科学技术院(kaist)科学家柳龙以mcm-48有序介孔二氧化硅分子筛为硬模板，蔗糖作为前驱体，在硫酸的催化作用下，将蔗糖分子碳化，首次合成出了有序介孔碳材料，然而这种碳材料是由无定型纳米碳棒或纳米线阵列组成的只有少数是部分石墨化的，孔道是由棒与棒之间堆积空隙产生的，因而孔径分布相对较宽。另外，合成中利用硅基介孔材料作为模板，模板不能回收的同时也采用大量酸碱作为溶剂，使其应用受到了极大的限制。
4、目前，以复合材料作为吸附剂采用变压吸附法分离ch4/n2的研究取得了一定进展，为了进一步提高ch4/n2的分离效果，还需在复合材料的构建思路及制备工艺上进一步改进和完善。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于为了解决煤层气回收难的问题，进一步提高吸附剂对n2的吸附容量以及ch4/n2的分离选择性，提供一种以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法及应用。该吸附剂以硅铝分子筛作为基材，通过碱处理、碳沉积等步骤成功合成，该吸附剂是一种具有高n2吸附容量和高ch4/n2选择性的碳-硅铝分子筛复合型吸附材料，能解决了采用瓦斯气回收利用中产品气ch4纯度不高以及收率较低等问题，具有很好的工业应用前景。
2、为了实现以上专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：
4、(1)将硅铝分子筛置于一定浓度的碱溶液中进行浸渍处理，然后经洗涤，过滤，烘干；
5、(2)将步骤(1)中的生成物置于旋转管式炉中，在惰性气氛下进行程序升温加热到一定温度，通入适量碳源，通过气相沉积的方式在硅铝分子筛表面裂解积碳，得到以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂。
6、作为本申请中一种较好的实施方式，该吸附剂用于采用变压吸附法分离ch4/n2的工艺中，具有较好的对n2的吸附容量和ch4/n2的选择性。
7、作为本申请中一种较好的实施方式，所述步骤(1)中所使用的硅铝分子筛为天然斜发沸石、zsm-5、13x、5a中的任意一种。
8、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(1)中的烘干温度为120℃，烘干时间为12h。
9、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(1)中，所使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和偏铝酸钠中的任意一种；所述碱溶液的浓度为0.1～0.8mol/l(具体可为0.1mol/l、0.2mol/l、0.3mol/l、0.4mol/l、0.5mol/l、0.6mol/l、0.7mol/l、0.8mol/l等)。
10、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(1)中浸渍处理的时间为2～8h(具体可为2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h等)。
11、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(2)中的惰性气氛为n2气氛、氩气气氛或n2与氩气的混合气氛。
12、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(2)中的升温是以10℃/min的升温速率进行的。
13、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(2)中，所述碳源为苯、甲烷、环己烷中的任意一种。
14、作为本申请中一种较好的实施方式，步骤(2)中，所述气相沉积的温度为600～900℃(具体可为600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃等)；所述气相沉积的时间为30～200min(具体可为30min、40min、50min、60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min、180min、190min、200min等)。
15、步骤(2)中，所述气相沉积的温度更优选为650～850℃；所述气相沉积的时间为70～150min。
16、本申请保护由以上所述的制备方法或任意步骤结合制备得到的碳-硅铝分子筛复合型吸附材料。
17、所述复合型吸附材料为孔口狭窄-孔体积大的多孔材料，经碱处理过的硅铝分子筛，孔口表面缺陷位增多且能提高内部活性位点的开放性，当以气相沉积法向硅铝分子筛引入含碳有机本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种以硅铝分子筛为骨架的碳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所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所使用的硅铝分子筛为天然斜发沸石、ZSM-5、13X、5A中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的烘干温度为120℃，烘干时间为12h。
4.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和偏铝酸钠中的任意一种；所述碱溶液的浓度为0.1～0.8mol/L。
5.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中浸渍处理的时间为2～8h。
6.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中的惰性气氛为N2气氛、氩气气氛或N2与氩气的混合气氛。
7.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的
8.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述碳源为苯、甲烷、环己烷中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述气相沉积的温度为600～900℃；所述气相沉积的时间为30～200min。
10.根据权利要求9所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述气相沉积的温度为650～850℃；所述气相沉积的时间为70～150min。
...【技术特征摘要】
1.一种以硅铝分子筛为骨架的碳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所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所使用的硅铝分子筛为天然斜发沸石、zsm-5、13x、5a中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中的烘干温度为120℃，烘干时间为12h。
4.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和偏铝酸钠中的任意一种；所述碱溶液的浓度为0.1～0.8mol/l。
5.根据权利要求1所述的以硅铝分子筛为骨架的碳基吸附剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中浸渍处理的时间为2～8h。
6.根据权利要求1所述的以硅铝分...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄晨，袁英，陈禹嘉，贺安平，杨云，李旭，鲁德华，李克兵，陈鹏，赵安民，
申请(专利权)人：西南化工研究设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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