[发明专利]利用阳离子交换改性沸石吸附剂方法、沸石吸附剂及应用

说明书

本发明属于沸石制备技术领域，尤其涉及一种利用阳离子交换改性沸石吸附剂方法，采用水热合成法完成结晶，获得ZSM‑5沸石，然后通过金属阳离子交换ZSM‑5沸石中的阳离子获得相应的金属阳离子平衡的改性沸石吸附剂。本发明提供的利用阳离子交换改性沸石吸附剂方法能够高效制备多种阳离子平衡的沸石吸附剂。

技术领域

本发明属于沸石制备技术领域，尤其涉及利用阳离子交换改性沸石吸附剂方法、沸石吸附剂及应用。

背景技术

21世纪以来，人为排放的温室气体逐年增加，加剧了全球气候变暖和环境恶化，而且阻碍了人类生态文明建设的进展。水蒸气(H₂O)、二氧化碳(CO₂)、臭氧(O₃)、甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)、氢氟碳化合物(HFCs)和全氟碳化合物(PFCs)等是地球大气中主要的温室气体，其中，CO₂排放对全球气候变暖的影响占到了60％。由于我国的能源构成以煤炭为主，其比重长期达70％左右，从而造成我国单位能耗的CO₂排放因子比世界平均水平高20％以上。随着我国改革开放的不断深化和市场经济的深入发展，面临的环境保护和生态文明建设的问题亟待解决。然而，在清洁的可再生能源没有革命性发展的背景下，为了满足降低碳排放的要求，化石燃料的清洁燃烧和CO₂捕集技术的研究具有重要意义。

现阶段被广泛研究的CO₂捕集与分离工艺主要有液胺吸收法、固体吸附剂吸附法、膜分离法和低温分离法。其中固体吸附剂吸附法由于无相变，无腐蚀，高吸收，高效率等优点具备优异的应用前景。沸石吸附剂属于固体吸附剂中的一大重要分支，其孔隙丰富并且孔分布均一，并且特定尺寸和结构的孔隙使其对气体分子具有良好的吸附选择性。孔径分布和选择性的特点，以及适合于吸附分离各种分子和离子的应用，使得沸石也被称为沸石分子筛。其中，高结晶度的ZSM-5沸石具有高比表面积、丰富的孔隙结构和热稳定性，因此常用于催化和气体分离等工业领域。

目前，制备人工沸石所需要的原料包括硅源材料、铝源材料和含目标沸石阳离子的碱性物质。基于成本最小化和废物资源利用化的考虑，一般以天然矿物、工业废物的粉煤灰和农业废物的稻壳灰代替化工产品原料。利用这些廉价原料合成高质量的沸石来降低生产成本，是未来沸石制备方面研究的发展方向。

沸石中的阳离子用于平衡沸石的硅铝氧骨架中的负电荷，并且不同类型的阳离子将影响沸石的结晶度、内部孔隙结构和静电场。在许多文献中已经报道了由沸石骨架外的阳离子产生的对CO₂吸附性能的影响。因此，寻找一种高效制备不同阳离子平衡沸石的方法是有利于经济社会的发展。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种利用阳离子交换改性沸石吸附剂方法、沸石吸附剂及应用，能够高效制备多种阳离子平衡的沸石吸附剂。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种利用阳离子交换改性沸石吸附剂方法，采用水热合成法完成结晶，获得ZSM-5沸石，然后通过金属阳离子交换ZSM-5沸石中的阳离子获得相应的金属阳离子平衡的改性沸石吸附剂。

优选地，包括如下步骤：

S1、将TPAOH、乙醇和去离子水按照2:1.3:1的质量比例均匀混合，制备质量为100g-130g的有机模板剂溶液；

S2、将NaOH和粉状异丙醇铝按照1:2的质量比例混合后，获得质量为2g-3g的混合物并加入步骤S1中所述的有机模板剂溶液中，然后在20℃-60℃的水浴中搅拌至完全溶解，获得第一混合溶液；