CN102389774B - 一种油气吸附复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于油气回收技术领域,具体涉及到一种利用稻壳制备成油气吸附复合材料——活性炭/硅胶的方法。通过将稻壳酸洗除杂后,用NaOH溶液将稻壳中的硅成分溶出。脱硅稻壳经H3PO4活化为活性炭,脱出的硅加入H2SO4制得硅胶,最后将制得的活性炭与硅胶粉碎成型,经高温煅烧制得。该制备方法简单易行、成本低廉,所制得的复合吸附材料对油气的吸附效果良好,且易于再生。

Description

一种油气吸附复合材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于油气回收技术领域,具体涉及到一种利用稻壳制备成油气吸附复合材料一活性炭/硅胶的方法。
背景技术
[0002] 常用油气回收方法有吸收法、吸附法、膜分离法及冷凝法等,在工业应用中大多采用几种方法,利用吸附剂对油气进行吸附分离一直是国内外非常关注的研究重点,吸附剂的综合性能直接影响到油气的回收效果,常用于油气回收的吸附剂有活性炭及其改性物(如活性炭纤维),硅胶及疏水硅胶,分子筛沸石,活性氧化铝,以及复合吸附剂等;目前,国内外较新的吸附法油气回收装置大多采用复合(或混合)吸附剂作为吸附材料,复合吸附剂比单一吸附剂综合性能更加优良,具有更广的使用范围,其中,活性炭/硅胶复合吸附剂作为油气吸附复合材料,正受到人们的重视,该材料不仅可以降低活性炭吸附油气的吸附热,又比单一硅胶吸附具有更强的吸附性能,因此,开发用于油气吸附的活性炭/硅胶复合材料具有重要的意义。
[0003] 稻壳是稻米加工的副产物,我国盛产稻米,稻壳资源非常丰富,稻壳一般用于燃烧发热,如何提高其使用价值,是一个值得研究的问题,稻壳中含有大量C及Si成分,不仅是制备高比表面积活性炭的良好材料,也可用来制备硅胶,所以稻壳是一种制备活性炭/硅胶复合油气吸附剂的理想原料,利用稻壳制备活性炭/硅胶复合油气吸附剂,能将稻壳充分资源化,有利于环境保护。
[0004] 中国专利CN1171978A提出一种硅胶一活性炭复合吸附剂的制备方法,该方法采用煤矸石为主要原料,然后通过碱活化,再经酸化、成胶、老化、洗涤等步骤制得硅胶一活性炭复合吸附剂,该发明的不足之处主要在于:①该方法制备的复合吸附剂不是专门针对油气回收而开发;②该方法使用煤矸石作为原材料,增加了生产成本,且生产工艺较为复杂。
[0005] 发明内容:
[0006] 鉴于背景技术所存在的问题,本发明的目的在于提供一种简单易行,成本低,适合油气回收且易于再生的吸附复合材料。
[0007] 本发明的技术方案是:首先将稻壳酸洗除杂;然后在水热条件下通过NaOH将稻壳中的二氧化硅溶出;之后将其过滤,滤渣经H3PO4活化成具有高比表面积的脱硅稻壳活性炭,滤液中加入H2SO4制得硅胶;最后将脱硅稻壳活性炭与硅胶粉碎成型,经高温煅烧制得所述油气吸附复合材料。
[0008] 本发明的技术方案具体包括如下步骤:
[0009] (I)稻壳除杂:将稻壳洗净,干燥后粉碎,浸入质量分率为39T8%的盐酸溶液中,常温搅拌2〜5h,把稻壳滤出,水洗至中性,干燥,制得除杂稻壳粉;
[0010] (2)水热脱硅:向步骤I所得的除杂稻壳粉中加入2〜5mol/L的NaOH溶液,且稻壳粉与NaOH溶液的质量比为(0.r0.3):1 ;然后置于高压反应釜中,升温至10(T20(TC,恒温12〜24h后过滤;滤液备用,滤渣用去离子水洗至中性,干燥,制得脱硅稻壳粉;[0011] (3)活性炭的制备:向步骤2所得的脱硅稻壳粉加入质量分率为50%-80%的H3PO4溶液,脱硅稻壳粉与H3PO4溶液的质量比为(0.2-0.4):1 ;混合均匀后浸溃24-48h ;然后置于氮气气氛下,升温至50(T800°C,活化4-8h后常温冷却;所得的产物用去离子水洗涤至中性,干燥,制得稻壳活性炭;
[0012] (4)硅胶的制备:向步骤2所得的滤液中加入质量分率为209-35%的H2SO4溶液,使得滤液的PH值为f 3,然后将滤液在pH值为f 3、温度为5(T80°C下静置陈化12-24h,生成含水硅酸凝胶;用去离子水反复洗涤去除杂质离子,干燥,制得硅胶;
[0013] (5)稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料的制备:将步骤4所得的硅胶与步骤3所得的稻壳活性炭按质量比为(0.r0.5>:1混合均匀,粉碎,成型;然后置于马弗炉中,升温至25(T450°C,保温3-10h ;然后自然冷却,制得稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料。
[0014] 本发明的优点在于:
[0015] (I)本发明以稻壳为原料制得稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料,具有吸附和脱附性能好、易于再生的优异特性;
[0016] (2)本发明制得稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料,既充分利用了活性炭优异的吸附性能,又利用了硅胶不燃烧的特点,可以从工艺上提高油气吸附回收安全性;
[0017] (3)本发明在水热条件下用NaOH将稻壳中的二氧化硅溶出,这有2方面好处:①可以提高稻壳活性炭的比表面积,从而提高复合材料的吸附性能;②可以为复合材料所需制备的硅胶提供硅源;
[0018] (4)本发明以农业废弃物稻壳为原料制备稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料,具有工艺简单,成本廉价、资源丰富的优点,且使废弃物资源化,有利于保护环境。
具体实施方式
[0019] 下面通过一些实施例进一步描述本发明。
[0020] 实施例1:
[0021] (I)称取5kg稻壳洗净,干燥,粉碎,浸入质量分率为3%的盐酸溶液中,常温搅拌5h,把稻壳滤出,用去离子水洗至中性,干燥得到除杂稻壳粉;
[0022] (2)称取除杂稻壳粉2kg,加入20kg摩尔浓度为2mol/L的NaOH溶液,置于高压反应釜中,升温至200°C,保温24h后过滤;滤液备用,将滤渣用去离子水洗至中性,干燥后制得脱娃稻壳粉;
[0023] (3)称取脱硅稻壳粉0.2kg,加入Ikg质量分率为50%的H3PO4溶液,混合均匀后浸溃48h ;然后置于氮气气氛下,升温至800°C,活化4h ;常温条件下冷却,用去离子水洗涤至中性,干燥后制得稻壳活性炭;
[0024] (4)向备用滤液中加入质量分率为20%的H2SO4溶液,使得滤液的pH值为3 ;然后滤液在PH值为3、温度为80°C条件下,静置陈化24h,生成含水硅酸凝胶;用去离子水反复洗涤除去杂质离子,干燥,制得硅胶;
[0025] (5)将硅胶与稻壳活性炭按质量比为0.5:1混合,成型,置于马弗炉中,升温至250°C,保温IOh ;然后自然冷却,制得稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料。
[0026] 实施例2:
[0027] (I)称取8kg稻壳洗净,干燥,粉碎,浸入质量分率为8%的盐酸溶液中,常温搅拌2h,把稻壳滤出,用去离子水洗至中性,干燥得到除杂稻壳粉;
[0028] (2)称取除杂稻壳粉3kg,加入IOkg摩尔浓度为5mol/L的NaOH溶液,置于高压反应釜中,升温至100°C,保温12h,过滤;滤液备用,将滤渣用去离子水洗至中性,干燥后制得脱娃稻壳粉;
[0029] (3)称取脱硅稻壳粉0.4kg,加入Ikg质量分率为80%的H3PO4溶液,混合均匀后浸溃24h ;然后置于氮气气氛下,升温至500°C,活化8h ;常温条件下冷却,用去离子水洗涤至中性,干燥后制得稻壳活性炭;
[0030] (4)向备用滤液中加入质量分率为35%的H2SO4溶液,使得滤液的pH值为I ;然后滤液在PH值为1、温度为50°C条件下,静置陈化12h,生成含水硅酸凝胶;用去离子水反复洗涤除去杂质离子,干燥,制得硅胶;
[0031] (5)将硅胶与稻壳活性炭按质量比为0.3:1混合,成型,置于马弗炉中,升温至450°C,保温3h ;然后自然冷却,制得稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料。
[0032] 实施例3:
[0033] (1)称取IOkg稻壳洗净,干燥,粉碎,浸入质量分率为5%的盐酸溶液中,常温搅拌3h,把稻壳滤出,用去离子水洗至中性,干燥得到除杂稻壳粉;
[0034] (2)称取除杂稻壳粉4kg,加入20kg摩尔浓度为4mol/L的NaOH溶液,置于高压反应釜中,升温至150°C,保温18h,过滤;滤液备用,将滤渣用去离子水洗至中性,干燥后制得脱娃稻壳粉;
[0035] (3)称取脱硅稻壳粉0.9kg,加入3kg质量分率为70%的H3PO4溶液,混合均匀后浸溃36h,然后置于氮气气氛下,升温至700°C,活化6h;常温条件下冷却,用去离子水洗涤至中性,干燥后制得稻壳活性炭;
[0036] (4)向备用滤液中加入质量分率为30%的H2SO4溶液,使得滤液的pH值为2 ;然后滤液在PH值为2、温度为60°C条件,静置陈化18h,生成含水硅酸凝胶;用去离子水反复洗涤除去杂质离子,干燥,制得硅胶;
[0037] (5)将硅胶与稻壳活性炭按质量比为0.1:1混合,成型,置于马弗炉中,升温至300°C,保温6h ;然后自然冷却,制得稻壳活性炭/硅胶油气吸附复合材料。
[0038] 实施例4:
[0039] 将实施例3中步骤4、步骤5删除,其他操作均与实施例3相同,制得单一稻壳活性炭吸附剂。
[0040] 实施例5:
[0041] 将实施例3中步骤3、步骤5删除,其他操作均与实施例3相同,制得单一硅胶吸附剂。
[0042] 稻壳为原料制备活性炭/硅胶油气吸附复合材料的综合性能评价
[0043] 通过油气吸附及再生性能测试,对已制备的活性炭/硅胶复合材料进行综合性能评价,试验结果如表1所示。
[0044] 吸附性能评价:取100g复合材料放入50mL烧杯中,在水浴温度为25 V的条件下置于油气发生器中静态吸附油气。待吸附饱和后,称重,吸附剂吸附容量(QC)由下式计算:
[0045]
Figure CN102389774BD00061
[0046] 其中-.Cle为单位质量复合材料所吸附的油气质量,g/g -Jnl为吸附前吸附剂质量,g ;Ol2为吸附饱和后吸附剂质量,go
[0047] 吸附热评价:在吸附剂中放入温度感应器探头,测量吸附剂在吸附油气过程中温度变化,并以吸附过程中的吸附温升来评价吸附热。
[0048] 脱附性能评价:将吸附饱和后的吸附剂在常温、真空度不低于96kPa条件下进行脱附,脱附2h后称重,脱附率(n )由下式计算:
[0049]
Figure CN102389774BD00062
[0050] 其中:I]为复合吸附剂脱附率,% -,/B1为吸附前吸附剂质量,g -Jn2为吸附饱和后吸附剂质量,g ;®3为脱附后吸附剂质量,go
[0051] 由表I可以看出,本发明以稻壳为原料制备的活性炭/硅胶油气吸附复合材料具有优异的吸附和脱附性能,且易于再生。
[0052] 表I复合材料的综合性能试验
[0053]
Figure CN102389774BD00063

Claims (2)

1.一种油气吸附复合材料的制备方法,其特征在于:首先将稻壳酸洗除杂;然后在水热条件下通过NaOH将稻壳中的二氧化硅溶出;之后将其过滤,滤渣经1-04活化成稻壳活性炭,滤液中加入H2SO4制得硅胶;最后将脱硅稻壳活性炭与硅胶混合均匀,粉碎成型,经高温煅烧制得所述油气吸附复合材料; 所述在水热条件下通过NaOH将稻壳中的二氧化硅溶出的步骤为:向所得的除杂稻壳粉中加入2~5mol/L的NaOH溶液,且稻壳粉与NaOH溶液的质量比为(0.1~0.3):1 ;然后置于高压反应釜中,升温至10(T20(TC,恒温12~24h后过滤;滤液备用,滤渣用去离子水洗至中性,干燥,制得脱硅稻壳粉; 所述滤渣经H3PO4活化成稻壳活性炭的步骤为:向所得的脱硅稻壳粉加入质量分率为509-80%的H3PO4溶液,脱硅稻壳粉与H3PO4溶液的质量比为(0.2-0.4):1 ;混合均匀后浸溃24-48h ;然后置于氮气气氛下,升温至50(T80(TC,活化4~8h后常温冷却;所得的产物用去离子水洗涤至中性,干燥,制得脱硅稻壳活性炭; 所述在滤液中加入H2SO4制得硅胶的步骤为:向所得的滤液中加入质量分率为209-35%的H2SO4溶液,使得滤液的pH值为1-3,然后将滤液在pH值为f 3、温度为5(T80°C下静置陈化12~24h,生成含水硅酸凝胶;用去离子水反复洗涤去除杂质离子,干燥,制得硅胶;所述将脱硅稻壳活性炭与硅胶混合均匀,粉碎成型,经高温煅烧制得所述油气吸附复合材料的步骤为:将所得的硅胶与所得的脱硅稻壳活性炭按质量比为(0.r0.5):1混合均匀,粉碎,成型;然后置于马弗炉中,升温至25(T450°C,保温:TlOh;然后自然冷却,制得所述油气吸附复合材料。
2.如权利要求1所述的一种油气吸附复合材料的制备方法,其特征在于:所述将稻壳酸洗除杂的步骤为:将稻壳洗净,干燥后粉碎,浸入质量分率为39T8%的盐酸溶液中,常温搅拌2~5h,把稻壳滤出,水洗至中性,干燥,制得除杂稻壳粉。
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