[发明专利]一种核壳型CO吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种核壳型活性炭基CO吸附剂的制备方法。本发明方法中引入了一种新型核壳型一氧化碳吸附剂，利用具有结构多孔、强度较高、价格低廉的羧甲基纤维素钠‑海藻酸钠多孔交联纤维喷涂在成型后的负载Cu（I）的活性炭表面，可以在基本不影响气体传质吸附的情况下，有效缓解吸附剂表面掉粉、催化剂脱落的情况。

技术领域

本发明属于吸附剂合成领域，具体涉及一种CO活性炭吸附剂及其制备方法。

背景技术

一氧化碳作为一种重要化工原料，在化工合成中被广泛应用，同时在大力发展氢燃料电池的背景下，燃料电池用氢气需求量逐渐增加，氢气纯化相关技术发展进入上升期。当前氢气纯化原料气大部分来自炼厂副产氢，一氧化碳含量很难达标，需要借助一氧化碳专用吸附剂脱除。传统一氧化碳吸附剂可分为活性炭基和分子筛基，将Cu（I）通过离子交换、热分散或者浸渍法引入吸附剂结构内部、孔道中或者表面，借助Cu（I）和一氧化碳之间的π络合吸附，增加吸附剂对一氧化碳的吸附性能。本发明是活性炭基吸附剂，故不将分子筛基作为比较。传统活性炭基一氧化碳吸附剂有多种引入Cu（I）的方式：（1）直接用CuCl为原料，利用热分散和活性炭原粉混合，全过程在在干燥惰性保护气的环境下进行。（2）用含Cu（II）的溶液浸渍，在还原气氛下加热还原。（3）用含Cu（II）的可溶性盐为前驱体，热分散制备Cu（II）负载活性炭，在还原气氛下加热还原。

传统活性炭基一氧化碳吸附剂的制备过程中都需要高温加热活化数小时，若使用Cu（II）溶液还会有Cu²⁺和Cl^-离子对环境的污染问题，同时，成型后表面会出现掉粉现象，实际为表面铜盐附着力不足而脱落，在吸附剂封装运输装填过程中造成表面物质掉落从而降低吸附性能，同时增加提纯装置产品气颗粒物含量，降低产品气品质。

因此，采用一种节能，低污染且高效引入Cu（I）在活性炭孔道内部和表面，同时有效降低表面掉粉的一氧化碳吸附剂制备方法至关重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种核壳型CO吸附剂的制备方法。其中引入了食品化学及医用生物化学中有所应用的一种多孔交联纤维：羧甲基纤维素钠-海藻酸钠，通过这种结构多孔、强度较高、价格低廉的涂层喷涂在成型后的活性炭表面，可以在基本不影响气体传质吸附的情况下，有效缓解吸附剂表面掉粉、负载铜盐脱落的情况。

本发明的一种核壳型CO吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）取70-80重量份的活性炭原粉，20-30重量份的CuCl，混合均匀，在干燥惰性气氛中进行还原，得到内孔道负载Cu（I）的活性炭；

（2）将步骤（1）所得负载Cu（I）的活性炭取75-85重量份和5-10重量份的粘结剂以及10-15重量份水混合、捏合，然后进行成型，之后在一定温度下的惰性氛围中活化一定时间，成品干燥条件下保存备用；

（3）将海藻酸钠和羧甲基纤维素钠粉末按比例加入水中混合均匀，制得混合分散液；

（4）将步骤（3）得到的混合分散液与钙盐溶液混合，得到喷涂液；将喷涂液喷涂在步骤（2）所得活性炭表面，并在活性炭表面发生交联反应，再经冷冻干燥，得到具有多孔交联纤维外壳的负载Cu（I）的CO活性炭基吸附剂。

进一步，步骤（1）中还原的温度范围为250-400℃，优选170-320℃，还原时间为1-1.5小时；所用惰性气氛至少为氮气、氩气、氦气中的一种。

进一步，步骤（1）中的混合过程采用搅拌器，混合搅拌器的搅拌速度一般为200-400rpm，搅拌时间为40-60秒。需要注意的是，若使用大于300rpm的高转速进行分散，活性炭原粉颗粒之间会摩擦生热放热量过大，易将部分CuCl高温氧化，此情况可将搅拌混合过程拆为2-3段，每段间隔5-10秒。

进一步，步骤（2）中所述液压成型条件为7-10MPa，维持15-25分钟，保持温度为100-150℃。