[发明专利]氧化锌/氧化硅复合凝胶化学吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附剂的制备方法，特别涉及一种采用溶胶-凝胶法制备ZnO/SiO₂复合凝胶化学吸附剂的方法。

背景技术：

化学吸附剂能够有效去除空气中的有害气体，可以广泛的应用于工厂和家庭的空气净化装置。常见的化学吸附剂的组成通常包括载体和活性剂两个部分，载体按不同需要一般选用各种孔径的多孔材料，活性剂一般选用无毒无害且有一定氧化和催化能力的化学物质。目前的化学吸附剂主要是用活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛、多孔矿物等作为载体，活性物质有ZnO、CuO、KMnO₄等。目前报道的化学吸附剂多采用浸渍法负载活性物质，加工工艺简单，容易操作，但是活性物质的负载量难以控制，去除硫化物等有害气体的效率较低，且金属氧化物等活性物质容易造成二次污染。

溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米级结构的多孔材料。目前，国内已经有一些关于氧化硅气凝胶和干凝胶的专利，关于溶胶-凝胶法制备氧化锌凝胶的专利鲜见报道，采用溶胶-凝胶法制备氧化锌/氧化硅复合凝胶并用于吸附去除空气中有害物质的专利未见报道。采用溶胶法分别制备多孔载体和活性组分的溶胶，然后将两种溶胶按照要求的比例进行混合并凝胶得到复合凝胶材料，经过一定的干燥过程可以得到高比表面积的复合气凝胶或干凝胶。这种制备方法过程简单，容易操作，所制备的复合凝胶，比表面积较高、活性组分分散均匀，去除有害气体的效率较高。

发明内容：

为了克服上述现有化学吸附剂制备方法的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种利用溶胶-凝胶法制备ZnO/SiO₂复合凝胶化学吸附剂的方法。通过分别制备氧化硅和氧化锌溶胶，将两种溶胶按照所需比例进行混合并使之凝胶化，经过常压干燥得到复合干凝胶，在一定温度下焙烧，得到对H₂S、SO₂等腐蚀性气体具有较高去除性能的高比表面积吸附剂。其原理简单、操作易行，对有害气体去除效率较高。

本发明的技术方案是这样实现的：一种氧化锌/氧化硅复合凝胶化学吸附剂的制备方法，包含以下步骤：

1.将硅源前躯物、有机溶剂和去离子水按照摩尔比1∶(1～6)∶(1～8)进行混合并搅拌(搅拌的条件通常为：5～60℃下搅拌10min以上)使之混合均匀，然后加入水解催化剂，搅拌并静置老化，老化时间通常为0.5～240h，得SiO₂溶胶。所说的硅源前躯物为含Si元素的盐类或酯类，如正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)、硅酸、硅酸钠等；有机溶剂为甲醇、乙醇、丙酮或乙二醇等；所述水解催化剂为盐酸、醋酸、氢氟酸、硝酸或硫酸等。所述硅源前躯物与水解催化剂摩尔比一般为1∶(10^-5～0.1)。

2.按照[添加剂]∶[Zn²⁺]摩尔比(0.5～5)∶1称取添加剂，将添加剂加入溶剂中，搅拌(搅拌条件一般为：5～60℃下搅拌5min以上)使之充分溶解，然后加入锌源前躯物，搅拌(搅拌条件通常为：5～90℃下搅拌10～240min)、静置(静置时间通常为0.5～240h)，得到氧化锌溶胶。所说的锌源前躯物为Zn(CH₃COO)₂·2H₂O或Zn(NO₃)₂·6H₂O，溶剂为甲醇(MtOH)、乙醇(EtOH)、一丙醇(1-PrOH)、二丙醇(2-PrOH)或正丁醇(1-BuOH)等，添加剂为一乙醇胺(MEA)或二乙醇胺(DEA)。

3.将步骤1和2所得溶胶按照ZnO∶(ZnO+SiO₂)质量比为5～60％的比例，混合并搅拌直至完全凝胶，加入EtOH没过凝胶，使之老化2h以上，干燥(干燥条件通常为：10～80℃下干燥0.5～240h)，得到ZnO质量分数为5～60％的ZnO/SiO₂复合干凝胶。

4.将步骤3所得ZnO/SiO₂复合干凝胶在200～900℃下焙烧0.5～5h，得到ZnO质量分数为5～60％的ZnO/SiO₂复合凝胶化学吸附剂。