[发明专利]一种碱土阳离子Sr-LSX分子筛及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种碱土阳离子Sr‑LSX分子筛及其制备方法和应用，包括：采用两种含Sr²⁺的溶液与Na‑LSX分子筛进行多次交换，将Na‑LSX分子筛中Na⁺交换成Sr²⁺，交换液的温度为60℃‑80℃，采用去离子水洗涤、过滤，滤饼干燥后，经过活化预处理，即得到碱土阳离子Sr‑LSX分子筛。所制备出的Sr‑LSX分子筛可以用于PSA/VPSA制氧工艺中N₂/O₂的选择性吸附剂。本发明根据分子筛吸附剂的吸附机理和碱土阳离子存在较大极性的特性，以碱土阳离子Sr²⁺替代价格昂贵的Li⁺来交换Na‑LSX中的Na⁺制备出了可用于空气分离的高效吸附剂。

技术领域

本发明涉及一种分子筛的制备方法，尤其涉及一种碱土阳离子Sr-LSX分子筛及其制备方法和应用。

背景技术

氮气和氧气的应用领域越来越广泛，需求量也越来越大。空气中含有大量的氮气和氧气，从空气中分离出氮气和氧气是获取高纯氧气或氮气的常用方法。变压吸附（PSA）和真空变压吸附（VPSA）是常用的空分手段，而制备高效的氮氧分离吸附剂是变压制氧技术的关键。

SiO₂/Al₂O₃的摩尔比在2.0-2.2之间的低硅铝比(LSX)型分子筛具有规则且均匀的孔道，易与较大的阳离子交换容量，而分子筛的吸附性能一般与所吸附的阳离子的数目和种类密切相关，阳离子给出强的正电场，吸引极性分子的负极中心，或是通过静电诱导使可极化的分子极化。极性越强或越易被极化的分子，也就越易被沸石分子筛吸附，因此可以通过阳离子交换制备改性分子筛，进而提高分子筛的氮气吸附性能。例如，经过锂交换的Li-LSX，自其发明以来，一直是PSA或VPSA中空气分离的优选吸附剂，然而，分子筛中Li⁺摩尔百分含量大于70%到时，N₂吸附容量才会呈现出线性增加的趋势，使得大量的锂被浪费掉。

随着锂离子电池（储能）行业的迅速发展，锂的消耗量逐渐增大，锂储量的逐渐降低，使锂的需求量不断增长，锂的价格稳步上涨，并预计在可预见的未来将维持这一趋势。因此，开发高效沸石用于空气分离时，锂含量要尽量低得多，或者用大量低成本的碱土金属阳离子如Sr²⁺来代替Li⁺。本发明旨在合成一种含碱土金属阳离子Sr²⁺可以用于空气分离的分子筛吸附剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是一种碱土阳离子Sr-LSX分子筛及其制备方法和应用，反应条件温和，易于工业化生产，氮氧分离系数高。

本发明解决的问题包括提供一种骨架中Sr²⁺含量高，且起关键作用的Sr-LSX分子筛。

本发明更进一步解决的问题是采用中性的交换条件，避免过程中的水解作用和沸石晶体结构的塌陷。

本发明更进一步解决的问题是合成一种可用于PSA/VPSA空分制氧领域的分子筛吸附剂。

本发明的一种碱土阳离子Sr-LSX分子筛，其Sr²⁺的百分摩尔含量在80%-99%之间，所述的Sr²⁺的百分摩尔含量是指Sr²⁺离子量占ICP检测时加入的混合阳离子全部折算成一价阳离子时物质量的百分比，即Sr²⁺/( Sr²⁺+2Na²⁺）。

Sr-LSX分子筛基本骨架结构分子筛为硅铝比SiO₂/Al₂O₃为2.0-2.1的分子筛，阳离子分布阳离子主要分布在SI，SI'和SII之间。

本发明的一种碱土阳离子Sr-LSX分子筛的技术方法如下：