[发明专利]一种有机树脂改性的介孔分子筛吸附剂

说明书

（一）技术领域

本发明属环境化学，材料化学的技术领域，涉及挥发性有机废气（VOCs）吸附净化技术，特别涉及一种有机树脂改性的介孔分子筛的有机废气吸附剂。

（二）背景技术

挥发性有机化合物（VOCs）的排放是目前环境面临的重大问题之一，对自然环境和人体健康造成严重影响。吸附技术是低浓度VOCs最为广泛的处理技术之一，其中吸附剂是技术的关键。高效的吸附剂要求具备大比表面积、高吸附容量、高疏水性和易再生等特点，但目前常用的活性炭吸附剂存在易燃、难再生和寿命短的缺点，因此急需研发一种更为高效、更高吸附容量、并且能迅速实现VOCs吸-脱附循环的吸附材料。

介孔分子筛是上世纪90年代开发成功的一种具有规整3-10nm孔道、大比表面积和高孔容的分子筛。介孔分子筛在吸附中、高浓度VOCs时，其吸附容量要远高于活性炭和沸石分子筛。但介孔分子筛同时也存在两个不可忽视的缺陷：首先，介孔分子筛孔道尺寸相对较大（2-100nm），虽然可容纳大分子有机化合物吸附，但由于存在较大的扩散效应，导致其对低浓度有机废气吸附容量很低；其次，介孔分子筛孔壁较薄，骨架结构稳定性差，尤其是水热稳定性低下，因此在频繁的吸附剂水热和水蒸气再生过程中，极易导致介孔分子筛骨架的坍塌，从而使分子筛吸附彻底失效。

为提高介孔分子筛对低浓度有机废气的吸附容量，研究人员对介孔分子筛孔道修饰提出了很多方法，如Lu,G.Q(Chemical Communications,1999,1391)采用CVD技术在MCM-41分子筛孔口沉积SiO₂，从而保留了MCM-41大的孔容，同时缩小了孔口尺寸，使有机分子不容易脱附扩散。另外Xiao,H.N(Microporous and Mesoporous Materials2007,98(1-3):330-338)利用不同长链的有机模板剂，合成出孔道尺寸更小的MCM-41分子筛，从而提高其对低浓度有机废气的吸附容量。但这些方法制备过程流程长、控制条件苛刻，不易在工业上大规模应用。另外，这些孔道修饰技术都没有改变原有介孔分子筛孔壁表面性质，也没有增加孔壁的厚度，从而也无法有效提高介孔分子筛的水热稳定性。因此迫切需要设计一条新的介孔分子筛改性方法，不仅可以适当提高降低介孔分子筛孔道尺寸（控制在1-3nm），并且可以使孔壁保持相当的热稳定性，从而能应用在频繁的VOCs废气吸附-脱附循环中。

（三）发明内容

本发明的目的是提供一种全新的介孔分子筛树脂表面改性技术，使介孔分子筛表面覆盖一层疏水的有机树脂，不仅达到缩小孔道尺寸的目的，而且增加了孔壁的厚度和疏水性，使其水热稳定性大幅提高。

为实现上述发明目的，本发明采用高比表面积的介孔分子筛（如MCM-41、SBA-15）为骨架材料，高分子有机树脂单体——苯乙烯、二乙烯苯和甲基丙烯酸甲酯为改性材料，通过引入聚合单体到介孔分子筛内外表面，并在溶剂热环境下引发聚合，制备一种全新的树脂改性介孔分子筛的吸附材料。具体的，本发明采用的技术方案如下：

一种有机树脂改性的介孔分子筛的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）介孔分子筛预处理：介孔分子筛原料在去离子水中洗涤后，在100-160℃下（优选110℃）干燥2～5h，得到净化的介孔分子筛；

（2）配制树脂聚合液：在冰水浴中，把聚合单体、偶氮二异丁腈引发剂溶于有机溶剂中，搅拌混合均匀，得树脂聚合液；所述聚合单体为苯乙烯、对二乙烯苯或甲基丙烯酸甲酯；所述有机溶剂为四氢呋喃、乙醇或丙酮；所述聚合单体、有机溶剂的体积比为1：1～5；

（3）将步骤（2）所得的树脂聚合液滴加到步骤（1）所得的净化的介孔分子筛中，边滴加边搅拌，形成湿态分子筛；所滴加的树脂聚合液的质量与净化的介孔分子筛的质量相等；将湿态分子筛转入晶化釜，在密闭环境中于100-150℃（优选110℃）晶化10-50h，冷却至室温，制得所述有机树脂改性的介孔分子筛。

所述步骤（1）中，所述介孔分子筛原料通常为MCM-41或SBA-15，优选为MCM-41。介孔分子筛原料可以按照本领域的常规方法自制得到，也可以由市场购买获得。

所述步骤（2）中，所述聚合单体优选为对二乙烯苯。

所述有机溶剂优选为四氢呋喃。

所述聚合单体、偶氮二异丁腈引发剂的质量比通常为1:0.05～0.2。

所述聚合单体、有机溶剂的体积比为1：1～5，优选为1：1.5～4，更优选为1:3.2。