CN102728317B - 含有活性碳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活性碳的储氨混合物多孔固体样块，由无水氯化锶、活性炭和工业用硅溶胶混合而成，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、高比表面积活性炭、工业用硅胶、去离子水和工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，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，最后干燥处理；其制备的混合物既保证了金属盐的储氨特性又改善了其吸附特性，增加了混合物多孔固体样块的宏观孔道数量，在制备储氨活性混合物多孔固体样块的过程中，还添加了适量的工业硅溶胶，有效地改善了混合物样块的粘度和机械强度。

Description

含有活性碳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活性碳的储氨混合物多孔固体样块及其制备方法，应用于汽车尾气的SCR后处理系统以及FCEV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。

汽车尾气的SCR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；尿素溶液在135℃以上的温度环境下才能分解，而公交系统的许多车辆走走停停，根本无法达到尿素溶液稳定的分解温度的，无法产出氨气，无法消除预定的NOX成分，最后造成液体尿素在排气管中的积累，生产三聚氰胺的聚合物，堵塞尿素喷嘴和发动机排气管，致使车辆产生故障，影响正常的使用。

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，氨气分子属于活泼极性分子，分子的直径尺寸约为3~4 ?，常温下非常活泼，极易扩散，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。传统的氨气储存方式是高压气瓶，或者是以高浓度氨气溶于水形成氨水来实现。如果采用高压气瓶来储存氨气，大批量工业应用中存在操作方面和密封方面的安全隐患，如果是以高浓氨水的方式，又存在严重的腐蚀问题。

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’等6个专利没有涉及到化合物的特征成分，同本发明不相关。

专利号为CN200910197860.8的‘一种高效低温储氨材料的制备方法’的发明应用于SCR后处理系统，该专利采用氨基硼烷氨络合物NH₃BH₃(NH₃)n(n＝1~3)进行储氨，室温最大储氨量可达62.4wt.％，但是该专利的特种物质氨基硼烷的价格昂贵，具有较高的爆炸危险和燃烧等级，不适合普通工业领域的大批量推广应用。专利号为CN200580026626.9的‘存储和输送氨的固体材料’的发明涉及存储和输送氨的固体材料。该存储氨的固体材料包括一种氨吸收盐，其中该氨吸收盐是通式为M_a(NH₃)_nX_z的离子性盐，该氨吸收盐为汽车工业用氨提供了一种安全、轻质、便宜而且致密的存储。但该专利是把固体原料直接模压成型，电热加热解吸氨气，更侧重于系统的控制策略，不涉及到混合物的改性和优化。CN200710156866.1的‘一种氨基络合物及其制备方法和用途’的发明公开了一种氨基络合物及其制备方法和用途。该氨基络合物的成分为MX_m(NH₃)_n，是以脱氨后的氨基络合物作为氨的吸收剂，通过低温吸氨、高温放氨实现氨气的分离、净化、储存和运输。该专利仅仅涉及到该氨基络合物本身的制备工艺和过程。

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。

鉴于此，本发明将依托金属盐，如氯化锶、氯化镁等，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。该混合物多孔固体样块含有一定量的高比表面积活性炭，以增加金属盐的吸附和解吸能力，解决金属盐在吸附氨气以后的体积膨胀问题，这是由于活性炭本身所具有的特殊性能所决定的。

活性炭又称活性炭黑，是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳，是传统而现代的人造材料，又称碳分子筛，主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列，在交叉连接之间有细孔，在活化时会产生碳组织缺陷，因此它是一种多孔碳，堆积密度低，比表面积大。这种多孔结构具有很强的吸附能力，由于炭粒的表面积很大，所以能与气体充分接触。当这些气体碰到毛细管被吸附，起净化与存储作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种含有活性碳的储氨混合物多孔固体样块及其制备方法，其制备的混合物既保证了金属盐的储氨特性又改善了其吸附特性，增加了混合物多孔固体样块的宏观孔道数量，在制备储氨活性混合物多孔固体样块的过程中，还添加了适量的工业硅溶胶，有效地改善了混合物样块的粘度和机械强度。

本发明的技术方案是这样实现的：含有活性碳的储氨混合物多孔固体样块，由无水氯化锶、活性炭和工业用硅溶胶混合而成，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51~87wt%、高比表面积活性炭5~12wt%、工业用硅胶1~9wt%、去离子水3~19wt%和工业酒精2~12wt%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60~180℃，真空度为10^-1~1Kpa的条件下干燥1~3h，或在60~100℃的温度下干燥1~4h。

本发明的积极效果是其制备的混合物既保证了金属盐的储氨特性又改善了其吸附特性，增加了混合物多孔固体样块的宏观孔道数量，在制备储氨活性混合物多孔固体样块的过程中，还添加了适量的工业硅溶胶，有效地改善了混合物样块的粘度和机械强度，所制备的混合物多孔固体样块是集中使用，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51wt%的工业无水氯化锶盐粉末、9wt%的高比表面积活性炭、9wt%工业用硅胶、19wt%的去离子水和12wt%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13.6 wt%高比表面积活性炭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13.4g，即吸附氨气3.4g。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3.3g，解吸效率为97%。图1是该多孔固体样块吸附氨气后的失重曲线如图1所示，可以看出该混合物多孔样块解吸氨气25%。

实施例2

将87wt%的工业无水氯化锶盐粉末、5wt%的高比表面积活性炭、1wt%工业用硅胶、3wt%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60min，再在80℃，真空度为1Kpa的条件下干燥4h，即可得含有5.4wt%高比表面积活性炭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4h；充氨后该样块质量为14.5g，即吸附氨气4.5g。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10.9g，即释放了氨气3.6g，解吸效率为80%。

实施例3

将76wt%的工业无水氯化锶盐粉末、12wt%的高比表面积活性炭、3wt%工业用硅胶、7wt%的去离子水和2wt%的工业酒精组成混合物，通过搅拌机搅拌均匀，搅拌4h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50min，再在100℃的温度下干燥4h即可得含有13.2wt%高比表面积活性炭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3h；充氨后该样块质量为14.2g，即吸附氨气4.2g。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11g，即释放了氨气3.2g，解吸效率为76%。

Claims (1)

1.一种含有活性碳的储氨混合物多孔固体样块，由无水氯化锶、活性炭和工业用硅溶胶混合而成，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51~87wt%、高比表面积活性炭5~12wt%、工业用硅胶1~9wt%、去离子水3~19wt%和工业酒精2~12wt%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60~180℃，真空度为10^-1~1Kpa的条件下干燥1~3h，或在60~100℃的温度下干燥1~4h。