專利名稱：一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多孔吸附劑技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種整體式高比表面積多孔吸附劑及 其制備方法，這種吸附劑具有整體式的自支撐結(jié)構(gòu)及高的比表面積。
背景技術(shù)：
吸附材料是當(dāng)今科學(xué)研究的熱點(diǎn)，其應(yīng)用范圍十分廣泛，如用于特種氣瓶材料的 整體填充式吸附劑、能源存儲(chǔ)吸附劑、水體及大氣凈化吸附劑等。目前用作吸附劑的 材料主要有硅酸鹽材料、分子篩材料、金屬骨架材料及孔狀結(jié)構(gòu)金屬氧化物材料等。
基于特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑的迫切需求，吸附劑材料的制備主要面臨 兩個(gè)巨大挑戰(zhàn)。 一方面，材料缺乏整體式結(jié)構(gòu)，孔狀結(jié)構(gòu)三維有序度差；另一方面， 材料的比表面積有待提高，孔徑分布不均勻。針對(duì)以上兩個(gè)科學(xué)難點(diǎn)，我們提出了一 種經(jīng)由手性硅基材料模板導(dǎo)向合成整體式自支撐孔狀結(jié)構(gòu)吸附材料的方法，所得吸附 劑材料比表面積較高，孔徑分布均勻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其制備方法，所得吸 附材料比表面積大、孔徑分布均勻，同時(shí)工藝簡(jiǎn)單、成本較低。
本發(fā)明提供的一種整體式高比表面積多孔吸附劑，該吸附劑具有整體式自支撐金 屬氧化物骨架結(jié)構(gòu)；該吸附劑具有高比表面積的多孔金屬氧化物骨架結(jié)構(gòu)。金屬氧化 物吸附劑孔徑在2~4 nm，比表面積在50-200 m2/g。
所得吸附劑組成為金屬氧化物并涵蓋可由金屬硝酸鹽經(jīng)熱分解轉(zhuǎn)變而得的金屬 氧化物，包括四氧化三鈷(Co304)、三氧化二銦(ln203)、氧化鋅(ZnO)、三氧化二 鉻(Cr203)及氧化鎳(NiO)。
本發(fā)明的整體式多孔吸附劑的制備方法如下 (1)氧化硅模板的制備
將十六烷基三甲基溴化銨、硅酸鈉、均三甲苯、乙酸乙酯、及去離子水按摩爾比 0.12~0.50 : 0.15~0.50 :0.18 1.0 : 0.3~3.0 : 1000依次均勻混合，于15-4(TC溫度條件下 晶化10 48小時(shí)，分離、洗滌、干燥得到固體粉末。
將濃硝酸、雙氧水按摩爾比2.0~4.0: 4.0~6.0與所得固體粉末均勻混合，微波輻 射下，分別控制壓力1.0-1.5 Mpa、溫度100-250 r去除十六垸基三甲基溴化銨，分 離、洗滌、干燥得到前體硅模板。(2)整體式吸附劑的制備
將金屬硝酸鹽溶液與所得前體均勻混合0.5 10小時(shí)，所得混合物于50 150 t:下 預(yù)烘干，所得固體于400 60(TC中焙燒得到固體粉末。
將2 mol/LNaOH溶液與所得固體粉末均勻混合0.5-3.0小時(shí)，去除前體硅模板， 分離、洗滌、干燥得到吸附劑。
步驟(2)中，所得金屬氧化物吸附劑孔徑在2~4 nm可調(diào)，比表面積在50~200 m2/g 可調(diào)。
本發(fā)明的整體式吸附劑吸附量大，可吸附氣體包括氫氣、 一氧化碳、乙炔等，可 吸附溶劑包括酮、醛、醚等，或者作為特種吸附劑吸附大分子極性有機(jī)污染物及特定 氣體分子。工藝簡(jiǎn)單、成本較低，可將特種氣瓶材料的整體填充式吸附劑進(jìn)一步推向 實(shí)用化。


圖1為整體式自支撐多孔四氧化三鈷吸附劑的高分辨透射電鏡圖。 圖2為整體式自支撐多孔三氧化二銦吸附劑的高分辨透射電鏡圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
a. 將0.002 mol十六烷基三甲基溴化銨、0.002 mol硅酸鈉、0.004 mol均三甲苯、 0.003 mol乙酸乙酯、及150 mL去離子水依次均勻混合，置于3(TC水浴靜置10小時(shí)；
b. 反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物離心，用去離子水洗滌5次，漿液于25'C真空干燥箱干燥得 到白色粉末；
c. 取0.3334g白色粉末，加入0.023mol濃硝酸，0.034mol雙氧水(30%)，混合均 勻，微波照射條件下，分別控制壓力和溫度不超過(guò)1.3Mpa和18(TC，反應(yīng)2min;
d. 待溫度壓力降至常溫常壓后取出，將反應(yīng)液離心后棄去上清液，洗滌至pH-7。 漿液于25'C干燥得到手性氧化硅模板；
e. 將O.lg手性二氧化硅分散至lmLO.8 mol/mL的硝酸鈷溶液中，25'C攪拌0.5小 時(shí)，所得混合液8(TC干燥1小時(shí)，所得固體放入瓷坩鍋置于馬福爐中，從室溫加熱至 450°C，保溫7小時(shí)，自然降至室溫；
f. 所得固體置于2mol/L氫氧化鈉溶液中，25'C攪拌2小時(shí)去除硅基模板，離心洗 滌至pH-7， 25。C干燥得整體式自支撐多孔四氧化三鈷吸附劑。
實(shí)施例2a. 將0.002mol十六烷基三甲基溴化銨、0.002 mol硅酸鈉、0.004 mol均三甲苯、 0.003 mol乙酸乙酯、及150 mL去離子水依次均勻混合，置于30。C水浴靜置10小時(shí)；
b. 反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物離心，用去離子水洗滌5次，漿液于25'C真空干燥箱干燥得 到白色粉末；
c. 取0.3334g白色粉末，加入0.023mol濃硝酸，0.034mol雙氧水(30%)，混合均 勻，微波照射條件下，分別控制壓力和溫度不超過(guò)1.3Mpa和180°C，反應(yīng)2min;
d. 待溫度壓力降至常溫常壓后取出，將反應(yīng)液離心后棄去上清液，洗滌至pH-7。 漿液于25'C干燥得到手性氧化硅模板；
e. 將O.lg手性二氧化硅前體分散至0.8mL0.8 mol/mL的硝酸銦溶液中，25'C攪拌 l小時(shí)，所得混合液8(TC干燥1小時(shí)，所得固體放入瓷坩鍋置于馬福爐中，從室溫加 熱至45(TC，保溫6小時(shí)，自然降至室溫；
f. 所得固體置于2mol/L氫氧化鈉溶液中，25'C攪拌2小時(shí)去除硅基模板，離心洗 滌至？11=7， 25。C干燥得整體式手性自支撐多孔三氧化二銦吸附劑。
實(shí)施例3
將實(shí)施例1和實(shí)施例2所得整體式手性自支撐多孔四氧化三鈷及三氧化二銦吸附 劑進(jìn)行氮?dú)馕摳秾?shí)驗(yàn)，其比表面和孔徑數(shù)據(jù)見(jiàn)下表一。
表一 整體式手性自支撐多孔四氧化三鈷及三氧化二銦吸附劑孔結(jié)構(gòu)參數(shù)
桿口口硅基前體四氧化三鈷三氧化二銦
比表面積(m2g—^110095151
最可幾孔徑(nm)4.34.13.8
權(quán)利要求
1、一種整體式高比表面積多孔吸附劑，其特征在于該吸附劑具有整體式自支撐金屬氧化物骨架結(jié)構(gòu)；組成為金屬氧化物并涵蓋由金屬硝酸鹽經(jīng)熱分解轉(zhuǎn)變而得的金屬氧化物。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸附劑，其特征在于金屬氧化物吸附劑孔徑在2~4 nm，比表面積在50-200 m2/g。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吸附劑，其特征在于:所述的金屬氧化物為Co304、 ln203、 ZnO、 0203或,。
4、 一種制備權(quán)利要求1所述的吸附劑的方法，其特征在于，工藝步驟為(1) 氧化硅模板的制備將十六垸基三甲基溴化銨、硅酸鈉、均三甲苯、乙酸乙酯及去離子水按摩爾比0.12~0.50 : 0.15-0.50 :0.18~1.0 : 0.3-3.0 : 1000依次均勻混合，于15-40。C溫度條件下 晶化10 48小時(shí)，分離、洗滌、干燥得到固體粉末；將濃硝酸、雙氧水按摩爾比2.0~4.0:4.0~6.0與所得固體粉末均勻混合，微波輻 射下，分別控制壓力1.0-1.5 Mpa、溫度100 25(TC去除十六垸基三甲基溴化銨，分 離、洗滌、干燥得到前體硅模板；(2) 整體式吸附劑的制備將金屬硝酸鹽溶液與所得前體均勻混合0.5~10小時(shí)，所得混合物于50~150 'C下 烘干，所得固體于400 60(TC焙燒得到固體粉末；將2 mol/LNaOH溶液與所得固體粉末均勻混合0.5-3.0小時(shí)，去除前體硅模板， 分離、洗滌、干燥，得到吸附劑。
全文摘要
一種整體式高比表面積多孔吸附劑及其制備方法，屬于多孔吸附劑技術(shù)領(lǐng)域。該吸附劑具有整體式自支撐金屬氧化物骨架結(jié)構(gòu)，比表面積高且孔徑分布均勻。吸附材料涵蓋可由金屬硝酸鹽經(jīng)熱分解轉(zhuǎn)變而得的金屬氧化物，包括Co₃O₄、In₂O₃、ZnO、Cr₂O₃、NiO。方法經(jīng)由手性硅基材料，模板導(dǎo)向合成整體式自支撐孔狀結(jié)構(gòu)吸附材料。優(yōu)點(diǎn)在于，吸附劑吸附量大，可吸附氣體包括氫氣、一氧化碳、乙炔等，可吸附溶劑包括酮、醛、醚等，或者作為特種吸附劑吸附大分子極性有機(jī)污染物及特定氣體分子。
文檔編號(hào)B01J20/06GK101518728SQ200910081780
公開(kāi)日2009年9月2日 申請(qǐng)日期2009年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者靜 何, 哲 安 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)