NaX微球用于烷烃的分离研究文献综述

 2021-09-25 08:09

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1、选题的依据及其意义

NaX沸石是一种具有独特孔道结构和笼结构的无机材料,因其良好的离子交换、较大的吸附容量、耐酸、耐热等性能在石油、化工行业中广泛使用,在气体吸附和分离等领域很重要。从CH4或者N2中分离CO2对于环境保护和能源保护是相当重要的。因此,陆续开发了吸附、吸收、膜分离和低温处理等技术。 其中吸附过程由于相对低的运作和成本以及吸附物的多选择性而受到关注。多微孔沸石材料就是上述吸附物种最主要的种类之一,具有大的孔体积、相互连接的孔道结构适当的离子交换性能。虽然有其它的气孔材料,例如活性炭、有序的介孔SiO2和C材料、金属有机骨架材料等等,都表现出很高的CO2吸附能力。但是作为众所周知的商业产品沸石,由于具有高的的CO2吸附性能和相对低的价格。其中,NaX沸石表现出相当优越的吸附和分离性能。而且,NaX沸石的合成不需要有机原料,这使它在成本方面更加具有竞争力。

沸石成为大规模的商业产品已有多年,产品呈粉末状。在实际应用中,通常在沸石粉末中加入无极性粘合剂,粉末会聚成块状,例如呈球体或芯块。总所周知的是,粘合性的添加物可能会导致活性物种组分数的降低。因而一些用于制备物理性质稳定的无粘性块状沸石硅质岩-1、ZSM-5、和β的技术得到了发展,这些技术包括介孔SiO2球体的变换、预成型挤压的无机粘合剂技术、模板法、和预成型密集凝胶的气相传输合成技术。近来,研发的一种壳聚糖辅助技术用来制备无粘合剂A型沸石微球。A型沸石微球表现出适中的抗压碎强度、相当大的表面积、强的静态水吸收能力和不吸附H2而对CH4有优越的吸附能力。这种技术可以简单描述为在铝酸钠溶液中SiO2/壳聚糖复合物微球的浸渍-成胶-水热合成,接下来通过煅烧除去壳聚糖。本文中,我们阐述了通过简单修改无粘合性A型沸石微球工艺参数的方法来合成无粘结剂NaX 沸石微球。合成的无粘合性NaX沸石微球表现出适当的机械强度、大的表面积、和高的CO2吸附能力。在常压和提高压力至1000kpa下,测试了CO4、CH4、N2在其上的吸附性能。

2、无粘合剂X型沸石微球的制备概述

2.1 无粘合剂NaX 沸石微球的制备

无粘合剂NAX沸石微球按三步合成。首先制备SiO2/壳聚糖复合物球。通常情况,2.11g硅溶胶(40wt%)和0.5g壳聚糖有序的加入到15g去离子水。在搅拌的情况下逐滴的加入0.8ml醋酸(36wt%),直到壳聚糖完全的溶解。在室温情况下彻夜搅拌混合物,从而得到硅溶胶和壳聚糖混合溶液,随之分别得到2.7wt%SiO2溶液和4.6%wt%壳聚糖。铝酸钠碱溶液的制备是通过将1.55gNaOH加到15.3g的去离子水中,滴加0.66g铝酸钠,再摇动2小时。将 SiO2/壳聚糖溶液通过 0.35 mm 的针头滴加到铝酸钠溶液中。在碱性条件下壳聚糖的凝固 ,即可得到SiO2/壳聚糖复合微球。系统的质量组成为5.88H2O:AL2O3:3.5SiO2:420H2O。此时,浸渍 24h后,然后在80oC 下晶化 6h。将得到的产品充分洗涤、干燥,即得 NaX/壳聚糖复合微球。将 NaX/壳聚糖复合微球在空气中于 550oC 下焙烧3.5小时,即得无粘合剂 NaX 沸石微球。

2.2 离子交换制备无粘合剂NaX和KX沸石微球

将得到的 NaX/壳聚糖复合微球样品分别浸渍在 0.1 mol/L 的氯化钙和氯化钾溶液中进行离子交换,室温下缓慢搅拌 6 h。沸石微球对金属离子溶液的质量比约为1:100。洗涤过后,样品在80oC下干燥,然后在 550 oC 下焙烧 3.5 h。

2.3 样品的表征

X 射线衍射仪(XRD)进行 XRD 扫描,管电压 40 kV,管电流 100mA。样品是通过使用研钵及研杵研磨微球。使用870傅里叶红外光谱分光仪得到傅里叶红外光谱图。在4000-400cm-的波数范围内用傅里叶红外光谱仪测试样品与KBr(质量比为1::10)混合研磨后的物料。利用光学显微镜(pebtax)和扫描 电镜(SEM, Hitachi S-4800)观察微球样品的微观形貌。用 Micromeritics ASAP 2020 在77 K下测定N2吸附等温线。但是在测试之前,样品首先在300oC下脱气处理 10 h 。可得到相对压强为0.99MP时的总孔容和在0.05-0.25相对压强下达到吸附平衡时的BET表面积。使用HK方法,吸附平衡时可以计算孔径分布。通过能量弥散 X 射线(sigma)连接到扫瞄式电子显微镜(qunata ,2000),可以分析得到无粘合剂NaX沸石微球的Si/AL。使用微型粒子强度测定仪(ZQJ-II,中国大连),在十字头4Ns-的速度时,用500N负荷电池,测试所得在25oC时无粘合剂NaX沸石微球的抗压碎强度。从微球的应用负载和横截面积可计算得到最大的抗压碎强度,方程表达式如下:σm=0.4Pm/πr,其中pm是最大的负载压力,r是微球的半径(m)。

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