[发明专利]经银交换的沸石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明总的涉及二氧化硅/氧化铝之比小于或等于10(Si/Al＜10)的经过Ag⁺交换并以与交替的催化或化学反应功能相比更有利于吸附的方式经过热处理的沸石。本发明的吸附剂和该吸附剂的制备方法通过π-络合作用使操作吸附容量最大化。这种吸附剂的应用包括任何其中气流中的污染物可以与该沸石中的Ag形成π-络合物的过程，特别是在制备超高纯度(UHP)的N₂中在预净化吸附器中从空气中去除CO、乙烯、丙烯等以及从空气中去除CO/H₂。

发明背景

需要从工业过程气流中去除和/或回收污染物。由于可以避免反应副产物并且可以再生/重复使用吸附剂，因此在催化或反应方法中通常优选通过吸附的分离。有某一类污染物在包含碱金属和碱土金属阳离子的沸石中的吸附非常弱，但通过用Cu、Ag或Au进行交换可以大大提高对这种污染物的吸附。当通过π-络合作用的化学吸附使物理吸附力显著增大时，产生了这种提高。这一类分子非常小，足以进入沸石结构并具有容易与沸石中的阳离子形成π-键的电子结构，例如一氧化碳(CO)、乙烯(C₂H₄)、丙烯(C₃H₆)等。

Huang(J.Catal.，v32，482-491，1974)测定了在AgX和AgY中作为纯组分等温线的CO平衡吸附容量。在0.1托的平衡压力和25℃下在AgX粉末上吸附约1.0mmol/g的CO。在大于100托的压力下吸附相同量的N₂。尽管该CO吸附容量是具有吸引力的，但这些数据并没有证实这种材料在真实的设计用于去除和/或回收CO或其它所关心的污染物的过程中的应用。更特别地，必须考虑反映气流中竞争组分共吸附情况的CO操作容量和在成块沸石中的吸附动力学。在实际应用中，传质前特征和吸附抑制剂(例如氧化和还原剂)的存在也是重要的考虑因素。

这些实际过程影响的一种实例是在通常的环境温度下从空气中去除CO。CO和H₂在大气中的存在浓度约为0.5ppm～10.0ppm。H₂可以作为对Ag⁺的还原剂，而O₂(约21体积％)作为氧化剂，也与N₂一起共吸附。因此，对于Ag⁺阳离子，H₂和O₂可以是失活剂，而H₂和O₂与CO竞争吸附空间。此外，在低浓度的CO情况下，CO传质前扩散并遍布在整个吸附剂床上，即没有明显的平衡区。由于这些原因，由纯组分等温线得到的平衡CO容量数据在预测吸附剂对于从实际过程物流中去除CO的有效性方面具有有限的价值。

此外，大规模吸附剂处理引入了实验室或小型规模过程所没有的变化和问题，使得无法保证具有所需性质的大量吸附剂的制备。处理大量固体材料本身存在的一些问题包括：对该固体的混合和加热不均匀、吹扫流的分布、吹扫/固体接触、快速除去水蒸汽和除去废溶液。其它问题包括干燥的不含污染物的吹扫气体、交换溶液和去离子洗涤水的成本和处理大量固体所需的资本设备。此外，现有技术证明了这些材料的性能的高变化性和缺乏稳定一致性。

假定多种类型的铝硅酸盐沸石与变化的Si/Al比和电荷平衡阳离子相结合，已经发展了许多关于沸石的文献。这种技术文献的主要目的是表明这种材料的合成和表征其物理、化学和吸附/催化性质。在这种教导中通常的条件和实践是使用克量级的经处理的吸附剂(通常以粉末状)、使用相对吸附剂的量和用于对处置废化合物质的最小需求大量过量的离子交换溶液和去离子洗涤水。在该材料的热活化过程中，通常应用非常缓慢的加热与大量干燥惰性吹扫气体或挥发相结合。对于该吸附剂或催化剂的工业规模生产，这种实践既不经济也不实用。

现有技术认识到了经Ag交换的沸石的许多应用，例如用于从真空空间中清除H₂、Ar/O₂/N₂分离、用作水净化中的杀菌剂和分离液相芳香族烃异构体。

Matsch等(美国专利号3108706)描述了AgX沸石作为H₂吸气剂用于保持低温储存容器的真空绝缘环状空间。在该应用中，通过与该经Ag交换的沸石进行化学反应将H₂除去，即H₂将沸石中包含的Ag⁺和/或过量的Ag₂O还原。