[发明专利]一种多孔复合材料及制备方法和在氢气纯化中的应用在审

专利信息
申请号: 202211394343.1 申请日: 2022-11-08
公开(公告)号: CN115591526A 公开(公告)日: 2023-01-13
发明(设计)人: 杨庆远;穆玄童 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: B01J20/22 分类号: B01J20/22;B01J20/30;C01B3/56
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 范巍
地址: 710048 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 多孔 复合材料 制备 方法 氢气 纯化 中的 应用
【说明书】:

发明公开了一种多孔复合材料及制备方法和在氢气纯化中的应用,属于先进功能材料技术领域,本发明公开的多孔复合材料是以价格较低的商用5A分子筛、活性炭以及实验室合成的MOF材料为原料,分子筛和活性炭对于CO、CH4等气体具有较高的吸附容量,其结构稳定、机械强度高,可以很好的适用于个别组分的吸附分离,MOF材料具有可设计的空间结构、活性位点,对于气体的吸附选择性高。通过调节这三种多孔材料的比例制备高性能多孔复合材料吸附剂,可以克服传统吸附材料吸附选择性差,价格高的缺点,用于工业副产氢中杂质气体的深度去除时,整个制备过程简单、吸附效率高、能耗低、无毒害,且能循环使用,有利于其工业大规模生产使用。

技术领域

本发明属于先进功能材料技术领域,具体涉及一种多孔复合材料及制备方法和在氢气纯化中的应用。

背景技术

随着人类对能源需求和使用的增加,传统的石化燃料(煤炭、石油和天然气) 等不可再生能源将日益枯竭,。氢能具有来源丰富、对环境友好、可再生、能量密度高等特点,被认为是新世纪重要的二次能源,是唯一可同时满足资源、环境和可持续发展要求的新能源。从来源角度来讲,氢气生产主要有三种方式:(1)煤和天然气制氢;(2)电解水制氢;(3)化工厂的富产氢收集。其中电解水制氢的规模非常小,目前大规模的产氢仍然离不开化石燃料,但因此也会带来温室效应等环境问题。相比较而言,化工厂的富产氢收集是未来主要的制氢方式,也环保、高效和安全。工业氢气的纯化问题一直是当今世界面临的严峻问题之一,工业副产氢中往往存在CO、Ar、CH4等副产物,这些产物往往需要低温精馏等非常耗能的分离手段去除,而膜分离的方法成本较高、设备投资大,因此开发基于先进复合材料的变压吸附分离技术是降低能源损耗、回收氢气的有效途径之一。

目前,关于如何吸附分离氢气的相关研究较多,但传统的用于氢气吸附分离的多孔材料还存在以下缺陷:一是多孔材料对于多种组分的吸附量差异明显,很难找到一种材料有效的吸附分离所有的副产物;二是多孔材料针对多组分的吸附选择性较差,对于CO、Ar等的吸附选择性不高,不能达到分离回收的目的;三是高效的多孔吸附材料如MOF等成本较高,不满足大规模工业化应用的背景。因此,研制高效的氢气纯化复合多孔材料对于工业化氢气纯化具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种多孔复合材料及制备方法和在氢气纯化中的应用,解决传统多孔材料对多组分副产物的吸附选择性差的技术问题。

为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

本发明公开了一种多孔复合材料的制备方法,包括以下步骤:

将分子筛、活性炭和MOF材料充分混合均匀,在惰性气氛下加热活化,得到多孔复合材料;

所述分子筛:活性炭:MOF材料的质量比为70:15:15。

优选地,所述惰性气氛下加热活化的温度为100~140℃,时间为1~3h。

进一步优选地,所述惰性气体为He气。

更进一步优选地,所述He气的流速为30mL/min,通入时间为2h。

优选地,所述MOF材料通过以下方法制得:

将金属盐和有机配体加入到有机溶剂中,水热反应后,再通过溶剂交换将材料烘干备用,得到MOF材料。

进一步优选地,所述金属盐为Cu(NO3)2·3H2O、Ni(NO3)2·6H2O和 Cr(NO3)3·9H2O中的任意一种。

进一步优选地,所述有机配体为均苯三甲酸、2,5-二羟基对二苯甲酸和对二苯甲酸中的任意一种。

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