專利名稱：氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸附劑的制備方法，特別涉及一種采用溶膠-凝膠法制備aiO/ SiO2復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑的方法。
背景技術(shù)：
化學(xué)吸附劑能夠有效去除空氣中的有害氣體，可以廣泛的應(yīng)用于工廠和家庭的空氣凈化裝置。常見(jiàn)的化學(xué)吸附劑的組成通常包括載體和活性劑兩個(gè)部分，載體按不同需要一般選用各種孔徑的多孔材料，活性劑一般選用無(wú)毒無(wú)害且有一定氧化和催化能力的化學(xué)物質(zhì)。目前的化學(xué)吸附劑主要是用活性炭、活性氧化鋁、硅膠、分子篩、多孔礦物等作為載體，活性物質(zhì)有ai0、Cu0、KMn04等。目前報(bào)道的化學(xué)吸附劑多采用浸漬法負(fù)載活性物質(zhì)，加工工藝簡(jiǎn)單，容易操作，但是活性物質(zhì)的負(fù)載量難以控制，去除硫化物等有害氣體的效率較低，且金屬氧化物等活性物質(zhì)容易造成二次污染。溶膠-凝膠法是用含高化學(xué)活性組分的化合物作前驅(qū)體，在液相下將這些原料均勻混合，并進(jìn)行水解、縮合化學(xué)反應(yīng)，在溶液中形成穩(wěn)定的透明溶膠體系，溶膠經(jīng)陳化膠粒間緩慢聚合，形成三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，凝膠網(wǎng)絡(luò)間充滿了失去流動(dòng)性的溶劑，形成凝膠。凝膠經(jīng)過(guò)干燥、燒結(jié)固化制備出分子乃至納米級(jí)結(jié)構(gòu)的多孔材料。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些關(guān)于氧化硅氣凝膠和干凝膠的專利，關(guān)于溶膠-凝膠法制備氧化鋅凝膠的專利鮮見(jiàn)報(bào)道，采用溶膠-凝膠法制備氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠并用于吸附去除空氣中有害物質(zhì)的專利未見(jiàn)報(bào)道。采用溶膠法分別制備多孔載體和活性組分的溶膠，然后將兩種溶膠按照要求的比例進(jìn)行混合并凝膠得到復(fù)合凝膠材料，經(jīng)過(guò)一定的干燥過(guò)程可以得到高比表面積的復(fù)合氣凝膠或干凝膠。這種制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，容易操作，所制備的復(fù)合凝膠，比表面積較高、 活性組分分散均勻，去除有害氣體的效率較高。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有化學(xué)吸附劑制備方法的技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種利用溶膠-凝膠法制備aio/sih復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑的方法。通過(guò)分別制備氧化硅和氧化鋅溶膠，將兩種溶膠按照所需比例進(jìn)行混合并使之凝膠化，經(jīng)過(guò)常壓干燥得到復(fù)合干凝膠， 在一定溫度下焙燒，得到對(duì)&s、SO2等腐蝕性氣體具有較高去除性能的高比表面積吸附劑。 其原理簡(jiǎn)單、操作易行，對(duì)有害氣體去除效率較高。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑的制備方法，包含以下步驟1.將硅源前軀物、有機(jī)溶劑和去離子水按照摩爾比1 (1 6) (1 8)進(jìn)行混合并攪拌(攪拌的條件通常為5 60°C下攪拌IOmin以上)使之混合均勻，然后加入水解催化劑，攪拌并靜置老化，老化時(shí)間通常為0. 5 MOh，得SW2溶膠。所說(shuō)的硅源前軀物為含Si元素的鹽類或酯類，如正硅酸甲酯(TMOS)、正硅酸乙酯(TEOS)、硅酸、硅酸鈉等；有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、丙酮或乙二醇等；所述水解催化劑為鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸或硫酸
3等。所述硅源前軀物與水解催化劑摩爾比一般為1 (10_5 0. 1)。2.按照[添加劑][Si2+]摩爾比(0.5 5) 1稱取添加劑，將添加劑加入溶劑中，攪拌(攪拌條件一般為5 60°C下攪拌5min以上)使之充分溶解，然后加入鋅源前軀物，攪拌(攪拌條件通常為5 90°C下攪拌10 MOmin)、靜置(靜置時(shí)間通常為0. 5 240h)，得到氧化鋅溶膠。所說(shuō)的鋅源前軀物為Si (CH3COO) 2 · 2H20或Si (NO3) 2 · 6H20,溶劑為甲醇(MtOH)、乙醇(EtOH)、一丙醇(I-PrOH)、二丙醇Q-PrOH)或正丁醇(I-BuOH)等，添加劑為一乙醇胺(MEA)或二乙醇胺(DEA)。3.將步驟1和2所得溶膠按照SiO (SiCHSiO2)質(zhì)量比為5 60%的比例，混合并攪拌直至完全凝膠，加入KOH沒(méi)過(guò)凝膠，使之老化池以上，干燥(干燥條件通常為10 80°C下干燥0. 5 MOh)，得到ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 60%的SiO/SiA復(fù)合干凝膠。4.將步驟3所得SiO/SiA復(fù)合干凝膠在200 900°C下焙燒0. 5 5h，得到ZnO 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 60%的aio/sih復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑。本發(fā)明所制備的SiO/SiA復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑比表面積為100 900m2/g，總孔容為0. 1 1. 5cm3/g，對(duì)H2S吸附量為5 500mg/g。本發(fā)明通過(guò)改變前驅(qū)物種類、氧化鋅比例、制備參數(shù)等條件制備具有不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠材料，可作為去除硫化氫等有害氣體的化學(xué)吸附劑。與現(xiàn)有制備化學(xué)吸附劑的技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)硅源前軀物、鋅源前軀物來(lái)源廣泛，制備原理簡(jiǎn)單，制備過(guò)程簡(jiǎn)單，活性物質(zhì)分散均勻，比表面積和孔容較高，對(duì)H2S去除性能較好。
具體實(shí)施例方式下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面的理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。實(shí)施例1將82g TE0S、109g KOH和28g去離子水放入250mL燒杯中，在20°C下磁力攪拌 30min使之混合均勻，將0.033mL濃度(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為37%鹽酸迅速滴加到上述燒杯并在 20°C下攪拌30min，然后老化6h，得SW2溶膠；將1. 41 IgMEA加入盛有23. ImL EtOH的燒杯中，并攪拌lOmin，然后加入3. 38gZn (CH3COO)2 · 2H20，在20°C下攪拌60min，靜置24h，得到氧化鋅溶膠；將所得ZnO溶膠加入所制備的SW2溶膠當(dāng)中，攪拌直至完全凝膠，加入^OH 沒(méi)過(guò)凝膠，使之老化Mh，80°C下自然干燥池，得到ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% Zn0/Si02復(fù)合干凝膠；將上述所得干凝膠置于馬弗爐中，在500°C下焙燒池，得到ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的SiO/ SiO2復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑。將本實(shí)驗(yàn)所得復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑0. 06g進(jìn)行H2S穿透實(shí)驗(yàn)測(cè)試，條件如下試樣管內(nèi)徑6mm，氣體流量為300mL/min，樣品停留時(shí)間0. 3s以上。進(jìn)氣口 H2S濃度lOOppmv，出氣口 H2S濃度為IOppmv時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，記錄不同時(shí)間下尾氣濃度。獲得的樣品性能如下
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑，其特征在于該復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑是ZnO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 5 60%的氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑，其特征在于所述復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑的比表面積為100 900m2/g，總孔容為0. 1 1. 5cm3/g。
3.一種復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑的制備方法，其特征在于該方法包括如下步驟(1)制備氧化硅溶膠；將硅源前軀物、有機(jī)溶劑和去離子水按照摩爾比1 (1 6) (1 8)混合均勻，然后加入水解催化劑，攪拌并老化，得到SiO2溶膠，所述硅源前軀物為含Si元素的鹽類或酯類；(2)制備氧化鋅溶膠將添加劑加入溶劑中，然后加入鋅源前軀物，經(jīng)攪拌、靜置后，得到氧化鋅溶膠，所述溶劑為甲醇、乙醇、一丙醇、二丙醇或正丁醇中的一種或幾種，所述添加劑為一乙醇胺或二乙醇胺；(3)將上述兩種溶膠進(jìn)行混合并攪拌至完全凝膠，老化、干燥后得到aiO/siA復(fù)合干凝膠；(4)Zn0/Si02復(fù)合干凝膠再經(jīng)焙燒得到氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟⑶具體過(guò)程為將步驟⑴和 (2)所得溶膠按SiO (SiCHSiO2)質(zhì)量比為5 60%的比例混合并攪拌直至完全凝膠，加入乙醇沒(méi)過(guò)凝膠浸泡老化，再經(jīng)干燥后得到aiO/siA復(fù)合干凝膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟中所述焙燒的條件為在 200 900°C下焙燒0. 5 5h。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述有機(jī)溶劑為甲醇、 乙醇或丙酮；所述硅源前軀物為硅酸、硅酸鈉、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯；所述水解催化劑為鹽酸、醋酸、氫氟酸、硝酸或硫酸；步驟( 所述的鋅源前軀物為Si(CH3COO)2 · 2H20或 Zn (NO3) 2 · 6H20o
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述硅源前軀物為硅酸鈉、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯，有機(jī)溶劑為乙醇；步驟⑵中所述鋅源前軀物 Zn(CH3COO)2 · 2H20，添加劑為一乙醇胺，溶劑為乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟O)中添加劑與鋅源前軀物中 Zn2+摩爾比為(0. 5 5) 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述硅源前軀物與水解催化劑摩爾比為1 (10_5 0. 1)。
10.權(quán)利要求1 2所述的復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑、及權(quán)利要求3 9所述的制備方法所制備出的復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑的應(yīng)用，其特征在于該復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑用于去除H2S或 SO2氣體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種氧化鋅/氧化硅復(fù)合凝膠化學(xué)吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。分別采用溶膠法制備氧化硅溶膠和氧化鋅溶膠，按照氧化鋅在復(fù)合材料中所占質(zhì)量比，向氧化硅溶膠中加入氧化鋅溶膠并攪拌直至凝膠，經(jīng)老化后常壓干燥得到干凝膠，再經(jīng)高溫焙燒得到氧化鋅/氧化硅凝膠復(fù)合材料，可作為去除硫化氫等有害氣體的化學(xué)吸附劑。本發(fā)明的制備方法過(guò)程簡(jiǎn)單，容易操作，所制備的復(fù)合凝膠，比表面積較高、活性組分分散均勻，去除有害氣體的效率較高。
文檔編號(hào)B01D53/52GK102423681SQ201110322008
公開(kāi)日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月20日
發(fā)明者劉國(guó)強(qiáng), 康飛宇, 黃正宏 申請(qǐng)人:清華大學(xué)