[发明专利]一种空分制氧沸石吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明一种空分制氧沸石吸附剂的制备方法属于无机材料和吸附剂制备领域。具体而言涉及一种具有高的氮气吸附容量和氮氧吸附分离比的13X沸石吸附剂，该吸附剂的制备是以经提纯、分散和表面改性处理的凹凸棒粘土作为粘结剂。

背景技术

目前变压吸附空分技术是氮氧两种气体分离的主要手段，然而吸附分离能否达到高效低耗并且在工业上得到应用，首要问题是吸附剂的吸附分离性能。吸附剂的性能决定着吸附分离的效果，从而决定着吸附分离设备的投资和经济性。在变压吸附空分工业中，碳分子筛是利用氮气和氧气在其上的扩散速率差实现二者分离，而沸石分子筛是利用两气体在其表面平衡吸附差异实现二者分离。因为与氧气相比，氮气有较强的四极矩，且极化率较大，因此氮气与沸石中的阳离子的作用强于氧气，结果使氮气在沸石分子筛上的平衡吸附量高于氧气，从而实现沸石分子筛对氮气的选择性吸附分离。

人工合成的沸石分子筛一般为晶体尺寸为1～10μm的粉体，不便于作为吸附剂在工业上直接使用，因此在使用时，通常需掺入一定量的无机粘土作为粘结剂予以成型，再经焙烧，从而获得具有一定强度的沸石分子筛产品而达到使用要求。然而粘结剂的加入往往会造成吸附剂吸附容量的下降和性能的改变，当与不同粘结剂成型时，相同类型和数量的沸石基体将产生具有不同吸附特性的吸附剂产品。

凹凸棒土是一种含水富镁硅酸盐天然粘土矿物，其晶体结构为2∶1型过渡性层链状结构，晶粒十分细小，呈棒状或纤维状晶体形态。由于它独特的微观结构，外观形貌以及荷电性质，使其具有胶体性、吸附性和粘结性等性能而直接用于吸附剂或沸石等吸附剂的粘结剂。离子交换与吸附(2008，24(1)：25-32)报道，与高岭土粘结剂相比，以凹凸棒土粘结剂制备的13X沸石吸附剂具有较高的CO₂和N₂吸附容量。然而由于天然凹凸棒土以中低品位居多，其中含有石英等杂质，并且其中的凹凸棒组分多以棒晶束或棒晶束相互聚集堆砌而形成的聚集体的形式存在，从而影响了凹凸棒土的有效利用。美国专利6130179和6444601分别公开了采用聚丙烯酸钠和焦磷酸钠为分散剂纯化和分散凹凸棒土的方法；同时ZL03804491.9公开了一种生产具有提高性能特征的分子筛吸附剂的方法，该方法是以高度分散的凹凸棒土作为粘结剂制备型体沸石分子筛，以提高吸附剂的抗压强度和对吸附物的吸附速度。

发明内容

本发明公开一种空分制氧沸石吸附剂的制备方法，其目的在于借助于凹凸棒土丰富的孔隙结构、纤维状纳米晶粒的大表面效应和表面电负性的特点，并通过将天然凹凸棒矿石分散于含分散剂的水溶液中水化并超声振荡对其进行处理，制备具有高纯度和高分散的沸石吸附剂粘结剂，同时进一步提高凹凸棒粘土表面的电负性，从而使得其作为沸石粘结剂不仅可提高沸石吸附剂强度和吸附速度，而且可提高沸石吸附剂对氮气的吸附容量和氮氧分离能力，从而获得一种高性能的空分制氧吸附剂。

本发明一种空分制氧沸石吸附剂的制备方法，其特征在于是一种以经提纯、分散和表面改性处理的凹凸棒粘土作为粘结剂制备13X沸石吸附剂的方法，该方法是按以下工艺进行：

I、凹凸棒粘土的预处理：将分散剂溶于水中配制成浓度为0.1-1.0wt％的水溶液，在机械力的作用下，按照重量比为(1.0-6.0)分散剂∶100凹凸棒土∶(800-1200)水的比例加入待处理的凹凸棒土，将此悬浮液经其机械搅拌和超声振荡至悬浮液中的凹凸棒土颗粒充分水化和分散后，静置1-4h，将悬浮液上下两部分分离，取上层悬浮液经过滤和90-120℃干燥，得到凹凸棒粘结剂以备用；

II、沸石吸附剂的制备：将13X型沸石粉和处理后的凹凸棒粘土按照4.0∶0.6-1.2的重量比混合均匀，加入水捏合成团，然后经成型机将泥团挤压成条形，成型后的样品在90-120℃干燥后，以2-5℃/min的升温速度加热到450-550℃，并恒温焙烧2-5h，即得13X沸石吸附剂。

上述的一种空分制氧沸石吸附剂的制备方法，其特征在于所述的分散剂是指焦磷酸钠、六偏磷酸钠或分子质量为3000-10000的聚丙烯酸钠。

13X沸石吸附剂对氮气的吸附能力和对氮氧的吸附分离能力可通过氮气和氧气在吸附剂上吸附等温线的测定进行比较。

本发明一种空分制氧沸石吸附剂的制备方法具有以下优点：

1.本发明所公开的一种空分制氧沸石吸附剂是仍以传统13X沸石原粉作为吸附剂基体，原料价廉和易得，所不同的仅是采用经处理的凹凸棒粘土作为粘结剂制备的13X沸石吸附剂。