[发明专利]一种含银分子筛吸附剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种低硅铝比X型分子筛的离子交换改性技术，特别是一种含银分子筛吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

氧气是工业三大气体之一，作为氧化剂和助燃剂广泛应用于金属冶炼、化工、环保等行业，随着人们对健康越来越关注，小型家用制氧机市场也开始快速膨胀。目前工业上常用物理法制备氧气，通过提取空气中大约21%的氧气富集产生高纯氧气，常用的制备技术有三种，深冷空气分离法，变压吸附法（PSA）和膜法制氧，制备氧浓度分别为99.5%、93%和40%，因氧气浓度不同而应用领域不同。

PSA自上世纪六十年代应用于工业化气体纯化以来，作为一种新兴的气体分离技术得到了迅速的发展。它以灵活、自动化操作和低成本运行等优势广泛应用于中小型气体设备中，随着吸附剂的研发和PSA工艺的改进，变压吸附技术也不断走向大型化和更低成本运行。传统PSA制氧浓度最高达到95.7%，因为吸附剂对氧气和氩气的吸附能力相当，无法分离氧气和氩气，氧气富集的同时0.934%的氩气也在富集，这就限制了PSA的应用领域，对于医学、金属切割等领域小量用氧且用氧浓度必须大于95%的应用要求，造成很多不便。对于高空飞行的军用飞行器，气体中过高的氩气含量会造成人体中毒。

PSA技术主要从工艺的改进和吸附剂吸附性能的提高两方面着手实现高浓度制氧能力。对工艺的改进主要由多塔、多级联用、提高回收率等。而吸附剂的改进是最直接有效的方式，因此有相当一部分科研人员致力于分子筛吸附剂的研究，分子筛吸附剂具有对氮气、氧气的选择性吸附，研究的热点是通过离子改性提高吸附剂的吸附容量、吸附选择性，以及动态吸附解吸能力。传统无粘结剂5A应用于工业制氧，氮气吸附容量为0.51mmol/g，分离系数为3.1；由于X型分子筛比A型分子筛有更大的孔穴，所以在动态吸附解吸速率上有较好的表现，普通X型制氧分子筛氮气吸附容量0.36mmol/g，分离系数为3.1；现在工业化应用最高效的分子筛为LiLSX，它的氮气吸附容量为1.05mmol/g，分离系数为6.2，不管在吸附容量、分离系数还是动态吸附性能上都具有优越的性能，但是LiLSX交换工艺复杂且对水十分敏感，造成后期储存和使用上的困难。同时这三种分子筛的吸附分离能力都是基于吸附质与吸附剂之间的范德华力和静电作用力，不具备氧氩分离的能力，氧气浓度限制在95.7%以内。含有d轨道的过渡金属，存在π络合作用，与气体分子间的作用力强于分子间作用力，0实现氧气和氩气的分离，但是π络合吸附作用与范德华力和静电力相比，有更高的能量，造成解吸的困难，不适用于工业PSA工艺。据此，本专利制备AgLiLSX混合阳离子改性吸附剂，结合LiLSX优异的氮气吸附能力和氮氧分离性能，较高的动态吸附速率等优势；引入一定数量贵金属Ag⁺离子，增加对气体的吸附容量和氧氩分离能力，同时改善分子筛对水的敏感性。此产品结合Li⁺和Ag⁺两者的优势，在高压下有较高的吸附容量，在低压下有较低的吸附容量，利于高压吸附分离和低压解吸活化，因此AgLiLSX是更高效的分子筛吸附剂。

此吸附剂应用于PSA/VPSA，采用两段式工艺，首先得到氧浓度为93%的一级氧气，其余为2.8%氮气和4.2%的氩气，此气体作为原料气进入第二段变压吸附，以AgLiLSX为吸附剂，实现氧氩的分离，同时大部分的氮气经过二级纯化后，基本全部清除，最后得到99%以上甚至更高浓度的氧气。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种含银分子筛吸附剂及其制备方法和应用，采用两段式变压吸附制氧，提高氧浓度，达到99%以上。

为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明的一种含银分子筛吸附剂，特征在于结构和组成为：吸附剂是由锂盐和银盐通过离子交换改性的分子筛，分子筛是A型或X型；分子筛组成为Ag_xLi_yM_z · Al₂O₃ · nSiO₂，其中0.95≤x+y≤1.0，0≤Z≤0.05，0≤X≤1.0，n≤2.5；M代表阳离子的一种或多种，是碱金属、碱土金属、稀土金属和过度金属阳离子的任一种。

本发明的一种含银分子筛吸附剂的制备方法，包括：离子交换、干燥和焙烧、成型；吸附剂是由锂盐和银盐通过离子交换改性的分子筛，分子筛是A型或X型；其中：

（1）、离子交换工艺为：

根据原料和交换度的不同，采用不同的交换方式：