CN102716717B - 含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块，由无水氯化锶、膨胀石墨和工业用球粘土混合而成，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：按重量百分比将工业无水氯化锶盐粉末50~82wt%、膨胀石墨2~10wt%、工业用球粘土3~16wt%、去离子水4~18wt%和工业酒精4~14wt%组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间1~10h，形成半干性的混合粉体；该粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，再在80~120℃，真空度为1~10^-1Kpa的条件下干燥1~2h，或在60~100℃的温度下干燥2~4h。其制备的混合物样块具有超强的吸附能力，而且结构稳定，不容易粉化，混合物中添加了适量的工业用球粘土，有很好的物理吸附性和表面化学活性，可以进一步改善混合物多孔固体样块干燥后的粘度及吸附能力。

Description

含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块及其制备方法，应用于汽车尾气后处理系统以及燃料电池系统。

背景技术

能源危机和环境污染是人类进入二十一世纪必须面对的两个非常严峻的问题。在传统汽车的排放达标的技术手段选择方面，以及新能源汽车的燃料供给技术方面人们仍然面临不少的难题。

汽车尾气后处理系统是依靠尿素还原剂的精确供给并在催化剂的前端分解成氨气后来去除NOX危害物，达到净化尾气的目的，实现车辆的国4或以上的标准的达标。但是，在实际使用中，这种依靠尿素分解成氨气的液体尿素的计量喷射存在许多不足和难点，例如，尿素溶液在-11℃环境下结冰堵塞的问题，需要额外的管路加热系统来解决。而对于突破能源困境，解决未来能源问题的新能源汽车发展问题，氢燃料电池汽车被公认是一个极为重要的技术路线。但是，如何稳定的获得氢气来源是个制约本领域发展的不小的难题。氨气是一种含氢密度较高的一类氢前驱体，常温下非常活泼，极易扩散，但不容易存储。如果能够解决好氨气的储存问题，就可以开辟一条新的氨气利用的技术路线。

在国家专利信息网，以“储氨”为主题词检索，专利号为CN201120099229.7的‘一种气相法乌洛托品尾气氨回收装置’、专利号为CN201020677361.7的‘用于冷库机房的配氨连接机构’、专利号为CN201020269811.9的‘复合功能型储氨器’、专利号为CN200520057558.X的‘一种蒸氨装置’、专利号为CN201010244091.5的‘用于对SCR催化剂的工作进行检验的方法和系统’、专利号为CN200880104697.X的‘SCR排气后处理系统的运行方法及诊断方法’专利号为CN200910197860.8的‘一种高效低温储氨材料的制备方法’、CN200710156866.1的‘一种氨基络合物及其制备方法和用途’等8个专利均与本发明所提及的金属盐固体混合物无关。

专利号为CN200680005886.2的‘氨的高密度存储’专利包含氨吸收/解吸固体材料，该材料容易制备和处理并可以极高密度的存储氨，并且氨在受控条件下容易释放。但是，该专利是采用固体料直接模压成型，采用粘结剂，仅仅声明了可能是二氧化硅纤维粘结剂，并没有加量比例，其它权利要求项和实施例中的也仅仅声明固体材料可能包括颗粒材料、多孔材料、晶体材料、无定形材料或它们的结合物组成，没有明确权利要求细项，本行业技术人士几乎无法实施。

众所周知，石墨的层状结构使得层间存在一定的空隙，因此在一定条件下，某些反应物的原子即可进入层间空隙，并与碳网平面形成层间化合物，这种插有层间化合物的石墨即为膨胀石墨。碳原子层间以很弱的范德华力相联系，这种结构允许插层物质能够顺利地进入碳原层间而不破坏碳原子层内的六角网状结构，因此天然石墨是制备石墨插层化合物最好的母体材料。

膨胀石墨是一种利用物理或化学的方法使非碳质反应物插入石墨层间，与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物。它不仅保持石墨优异的理化性质，而且由于插入物质与石墨层的相互作用而呈现出原有石墨及插层物质不具备的新性能。插有层间化合物的石墨在遇到高温时，层间化合物将分解，产生一种沿石墨层间c轴方向的推力，这个推力远大于石墨粒子的层间结合力，在这个推力的作用下石墨层间被推开，从而使石墨粒子沿c轴方向高倍地膨胀，形成蠕虫状的膨胀石墨。

膨胀石墨有如下特性：极强的耐压性、柔韧性、可塑性和自润滑性；极强的抗高、低温、抗腐蚀、抗辐射特性；极强的抗震特性；极强的电导率；极强的抗老化、抗扭曲的特性；可以抵制各种金属的熔化及渗透；无毒、不含任何致癌物，对环境没有危害;

从目前的研究来看，膨胀石墨是一种性能优良的吸附剂，尤其是它具有疏松多孔结构，1g膨胀石墨可吸附80g石油，于是膨胀石墨就被设计成各种工业油脂和工业油料的吸附剂。与其它吸附剂相比，膨胀石墨有许多优点，如采用活性炭进行水上除油，它吸附油后会下沉，吸附量也小，且不易再生利用；还有一些吸附剂，如棉花、草灰、聚丙烯纤维、珍珠岩、蛭石等，它们在吸油的同时也吸水，这给后处理带来困难。

鉴于此，本发明将依托具有超强吸附能力的氯化锶粉末，在某些特定条件下可以进行氨气的吸附和解吸的原理，制备出一种可以存储氨气的活性混合物多孔固体样块。而且，该混合物多孔固体样块中还添加了有一定量的膨胀石墨，大大增加了金属盐的吸附能力，同时提高了混合物多孔固体样块的结构稳定性，解决了混合物多孔固体样块在多次吸附和解吸过程中粉化和结构塌陷的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块及其制备方法，其制备的混合物样块具有超强的吸附能力，而且结构稳定，不容易粉化，混合物中添加了适量的工业用球粘土，有很好的物理吸附性和表面化学活性，可以进一步改善混合物多孔固体样块干燥后的粘度及吸附能力。

本发明的技术方案是这样实现的：含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块，由无水氯化锶、膨胀石墨和工业用球粘土混合而成，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：按重量百分比将工业无水氯化锶盐粉末50~82wt%、膨胀石墨2~10wt%、工业用球粘土3~16wt%、去离子水4~18wt%和工业酒精4~14wt%组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间1~10h，形成半干性的混合粉体；该粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，再在80~120℃，真空度为1~10^-1Kpa的条件下干燥1~2h，或在60~100℃的温度下干燥2~4h。

本发明的积极效果是其具有超强的吸附能力，而且结构稳定，不容易粉化，混合物中添加了适量的工业用球粘土，有很好的物理吸附性和表面化学活性，可以进一步改善混合物多孔固体样块干燥后的粘度及吸附能力，所制备的混合物多孔固体样块集中使用，满足大容量氨气的储存和释放的使用要求。

附图说明

图1 为本发明吸附氨气后的热失重曲线图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

实施例1

将50wt%的工业无水氯化锶盐粉末、2wt%的膨胀石墨、16wt%工业用球粘土、18wt%的去离子水和14wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌1h后形成半干性的混合粉体；该粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30min，再在60℃，真空度为10^-1Kpa的条件下干燥3h，即可得含有29.4wt%膨胀石墨的储氨活性混合物多孔固体样块。

将10g多孔固体样块进行充氨，在自然通风的环境下进行，事先将可敞开式的密闭容器放入一个水量足够大的冷却水的水槽中，连接氨钢瓶，通过减压阀和干燥系统，在0.1Mpa的压力范围内缓缓的进行充氨，充氨时间为3h；充氨后该样块质量为15.9g，即吸附氨气5.9g。然后再将样块在200℃下进行加热处理，结果发现，加热后样块质量变为10.1g，即释放了氨气5.8g，解吸效率为98%。该多孔固体样块吸附氨气后的失重曲线如图1所示，从图中可以看出，混合物多孔固体样块吸附氨气重量百分比约为37 wt%。

实施例2

将82wt%的工业无水氯化锶盐粉末、5wt%的膨胀石墨、5wt%工业用球粘土、4wt%的去离子水和4wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌6h后形成半干性的混合粉体；该粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，再在100℃，真空度为1Kpa的条件下干燥1h，即可得含有5.4wt%膨胀石墨的储氨活性混合物多孔固体样块。

将10g多孔固体样块进行充氨，在自然通风的环境下进行，事先将可敞开式的密闭容器放入一个水量足够大的冷却水的水槽中，连接氨钢瓶，通过减压阀和干燥系统，在0.4Mpa的压力范围内缓缓的进行充氨，充氨时间为10h；充氨后该样块质量为13.8g，即吸附氨气3.8g。然后再将样块在200℃下进行加热处理，结果发现，加热后样块质量变为10.8g，即释放了氨气3.0g，解吸效率为78.9%。

实施例3

将75wt%的工业无水氯化锶盐粉末、10wt%的膨胀石墨、3wt%工业用球粘土、7wt%的去离子水和5wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌10h后形成半干性的混合粉体；该粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，再在100℃的温度下干燥3h即可得含有11.4wt%膨胀石墨的储氨活性混合物多孔固体样块。

将10g多孔固体样块进行充氨，在自然通风的环境下进行，事先将可敞开式的密闭容器放入一个水量足够大的冷却水的水槽中，连接氨钢瓶，通过减压阀和干燥系统，在0.2Mpa的压力范围内缓缓的进行充氨，充氨时间为7h；充氨后该样块质量为14.0g，即吸附氨气4.0g。然后再将样块在200℃下进行加热处理，结果发现，加热后样块质量变为10.4g，即释放了氨气3.6g，解吸效率为90%。

Claims (1)

1.含有膨胀石墨的储氨混合物多孔固体样块，由无水氯化锶、膨胀石墨和工业用球粘土混合而成，其特征在于其制备方法，具体步骤如下：按重量百分比将工业无水氯化锶盐粉末50~82wt%、膨胀石墨2~10wt%、工业用球粘土3~16wt%、去离子水4~18wt%和工业酒精4~14wt%组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌时间1~10h，形成半干性的混合粉体；该粉体添加到一可敞开式的密闭容器内进行机械振荡30~60min，再在80~120℃，真空度为1~10^-1Kpa的条件下干燥1~2h，或在60~100℃的温度下干燥2~4h。