[发明专利]一种气体中苯系物的可选择性吸附转化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种气体中苯系物的可选择性吸附转化材料及其制备方法，该材料是将硫酸充分负载于硅胶的表面和内部孔隙中，利用本发明对气体中的苯系物进行吸附，可有效将苯系物磺化并吸附于材料中。本发明制备工艺简单、可将气体中的苯系物转化为有价值的产品并使硅胶回收再生，制备成本低，吸附净化效果好，适合规模化生产及实际应用。

技术领域

本发明涉及环境化学、材料化学的技术领域。具体涉及气体中苯系物的选择性吸附转化技术，特别涉及一种硫酸负载硅胶对苯系物的可选择性吸附转化材料及其制备方法。

背景技术

苯系物，即苯、甲苯、乙苯和二甲苯(包括邻二甲苯、对二甲苯和间二甲苯)是一类重要的化工原料和溶剂，该类化合物简称为BETX。已证实，BETX都属于有毒的有机化合物，排放到空气中不仅会造成大气污染，而且会对人类健康产生巨大危害。例如，苯具有血液毒性，长期作用于人体可引起骨髓与遗传损害，血象检查会发现白细胞、血小板、全血细胞减少与再生障碍性贫血，严重时甚至可导致白血病。若甲苯经呼吸道和消化道进入人体，对皮肤及粘膜有强烈刺激性，对中枢神经系统有麻醉作用。二甲苯经长期接触可引致神经衰弱综合征、肝肿大等。

硅胶，即硅酸凝胶，化学式为mSiO₂·nH₂O，具有成本低、比表面积大、稳定性好、机械强度高的特点，是一种非常有潜力的吸附剂。但是对于有机化合物的吸附，常采用将硅胶表面进行烷基化处理。在专利CN102974322A中，改性的硅胶表面由羟基转化为烷基，增加了硅胶的疏水性，利用其疏水性烷基提高了硅胶对有机化合物的吸附性能。但是该方法制备的工艺复杂、成本高、对环境影响较大，烷基化的硅胶材料对有机化合物的吸附基于相似相溶的物理吸附，吸附容量低、热稳定性差、对低浓度有机废气的净化效果较差。因此，迫切需要制备一种全新硅胶吸附材料，不仅可以成本低、吸附容量高、再生容易，且对苯系物废气具有高选择性并将其转化为有价值的产品，降低对环境的二次污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气体中苯系物的选择性吸附转化材料，该材料对气体中的苯系物具有非常高的吸附转化性能，同时降低对环境的二次污染。

本发明的另一目的是提供该材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用将硫酸充分负载于硅胶的表面和内部孔中，利用本发明对空气中的苯系物进行吸附，可有效地将苯系物磺化并吸附于材料中，上述机理如图9所示，具体技术方案如下：

本发明是由硅胶和硫酸溶液制备的，所述的硅胶颗粒粒径应控制在0.25mm～5mm，其中优选的是0.5mm～2mm，硫酸溶液的质量浓度为98％。

本发明采用的制备方法包括以下步骤：

⑴浸渍负载

按比例称取上述硫酸溶液和硅胶，将硫酸溶液进行稀释，稀释至硅胶刚好能完全浸泡在稀释的硫酸溶液中，然后将硫酸溶液滴加到硅胶中，边滴加边搅拌均匀，滴加完毕后在室温下放置30min～2h，得到湿态硅胶负载硫酸混合物；

⑵加热干燥

将步骤(1)所得到的湿态硅胶负载硫酸混合物于温度为110℃～130℃(优选120℃)下进行干燥处理后即制得吸附转化材料。

本发明的另一个目的在于提供一种选择性吸附转化材料对气体中苯系物的应用，包括以下内容：将上述吸附转化材料装入可加热控温的净化吸附柱内，常压下加热升温至100℃～170℃，然后保持恒温，以一定流速通入需净化的含一定浓度的苯系物废气；通过绘制吸附过程的吸附曲线，可计算出该材料的吸附量。当吸附饱和后，需对材料进行解吸再生处理，具体方法为：从净化吸附柱内取出使用后的材料，浸泡在有机溶剂中，该有机溶剂为氯仿、1，2-二氯乙烷中的一种或两种，通过搅拌将材料中吸附物充分溶解在上述有机溶剂中，然后过滤；过滤后所得到的固体为硅胶原料，经干燥后可重新制备上述吸附转化材料；滤液经蒸馏分离处理可得到有价值的苯磺酸类产品，同时将有机溶剂回收使用。