[发明专利]一种Ce-LiX高性能氧气吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于功能分离材料制备技术领域，具体涉及一种具有高性能氧气吸附功能的Ce-LiX沸石材料及其制备方法。

背景技术

氧气是人类赖以生存的基础，并作为一种重要的化工原料广泛应用于化学合成、渔业养殖、隧道施工、高原作业、钢铁冶炼、有色冶金、石油化工、环境保护等方面。目前，氧气主要采用深冷空分法制备，然而该方法工艺复杂、设备占地大、投资高、环境要求严格、耗时长，不适于产氧规模小、现场快速机动制备氧气。变压吸附（Pressure Swing Adsorption，PSA）空分制氧技术始于20世纪60年代，具有工艺简单、操作方便、投资少、能耗低、自动化程度高等优点，正得到国内外越来越多的关注。

变压吸附法是根据空气物理成分的特点，基于吸附剂对混合气体中各组分的选择吸附性，通过压力的变化使混合气体在吸附剂中吸附和脱附交替进行的循环过程，从而使混合气体分离以制取所需气体。变压吸附法制氧成本低，生产流程较简单，常温运行，整个生产过程无污染，且可完全实现自动化，但所制备氧气纯度受吸附剂吸附能力的影响较大，吸附剂吸附性能的高低在很大程度上决定了变压吸附工艺制备的氧气浓度的高低，因此开发高效吸附剂是变压吸附空气分离技术发展的关键。

目前，国内外研究最多的吸附剂主要为氮气吸附材料，代表性的有CaA、CaX、NaX、LiX等，其分离原理是基于吸附剂对空气中氮、氧的选择性吸附，利用氮气和氧气的吸附量、吸附速度、吸附力的差异，以及吸附量随压力变化的特性，加压吸附、降压解吸，从而实现氮氧分离。但是，这些吸附材料对空气中的氧气和氩气的吸附等温线几乎相同，导致其对氧气和氩气基本无选择性，即使所有氮气均被沸石吸附，分离出的富氧产品气中也含有约5%的氩气，从而使得采用氮吸附剂的变压吸附法很难产生浓度大于95%的氧气。

为此，近年来人们逐渐将研究重点放在提高吸附材料对于氧气的吸附能力上，通过改变分离吸附方式，采用氧吸附剂代替传统的氮吸附剂来制备高纯度氧气。美国专利US Patent 339872报道了一种能够将氧气从气体混合物中分离出的氧选择性吸附剂，具有较高的选择性、吸附容量和较快的吸收速率。该吸附剂在高表面积的基体上负载一种均匀地相互隔开过渡元素配合物，氧吸附容量大于0.3mmol/g，氧吸收速率大于0.3mmol/g，应用于变压吸附工艺可制备纯度大于99%的氧气。但是这类过渡元素吸附剂难以制造，成本高昂，同时对气体中的微量杂质比较敏感，实际应用困难。

中国专利ZL200710121786.2介绍了一种制备锂型低硅铝X型沸石分子筛的离子交换方法，通过锂离子水溶液交换，使钠型低硅铝X型沸石分子筛(Na-LSX)具有一定的锂离子交换度，然后利用固相交换法得到锂型低硅铝X型沸石分子筛(Li-LSX)，该材料还是属于X型沸石分子筛，氧气吸附性能较差。中国专利ZL 201010023049.0报道了一种X型沸石分离材料，是由钠X型硅铝酸盐晶体为骨架经改良而制得，钠X型硅铝酸盐硅铝比较高，改性后的材料其氧吸附容量较低。中国专利ZL 201110305323.8介绍了一种Li改性X分子筛及其制备方法，将X分子筛原粉先与铵盐交换，然后采用浸渍方法将锂盐溶液浸渍到分子筛上去，再干燥、焙烧得到Li改性X分子筛（LiX），该材料也是属于X型沸石分子筛，没有进行铈改性，对氧气的吸附性能较差。

发明内容

针对现有氧气吸附材料制备技术方面的不足，本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种制备工艺简单，易于操作，不产生污染，氧气吸附性能好的沸石材料及其制备方法。

本发明一种Ce-LiX高性能氧气吸附材料，其特征在于，该Ce-LiX材料由低硅铝比X沸石经铈离子水热反应改性制得，其硅铝比为1.0～1.2，比表面积为400～700m²/g，氧吸附量为10.0～15.0ml/g。

本发明所述一种Ce-LiX高性能氧气吸附材料的制备方法是，首先对低硅铝比X沸石LSX进行预处理，然后采用锂离子、铈离子在水热反应条件下依次对LSX进行离子交换反应，最后经抽滤、去离子水洗涤、活化即获得Ce-LiX氧气吸附沸石材料；

具体步骤如下：

1）预处理：将低硅铝比X沸石LSX放入真空干燥箱，在120～200℃温度下活化1~4h，或在摩尔浓度为0.1～1mol/L的无机碱溶液中进行活化处理，然后烘干，置于干燥器中备用；