CN103657585B - 用于储存天然气的多孔材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用金属硅粉末通过水热法制备多孔硅粉末，并利用此多孔硅粉末做为天然气的吸附材料及吸附方法，目前，天然气的储存方式有多种，主要有液化天然气、压缩天然气、吸附天然气和天然气水合物等方式，吸附天然气的方式有较明显的优势，这种方式主要是吸附材料的选择，利用本发明的制备方法制备的多孔硅粉末吸附材料的比表面积可以达到3000～4500m2/g，孔径分布主要介于0.5～4nm；本发明制备的吸附材料具有较大的比表面积，孔径分布均匀并且可调，孔壁表面可进行功能化，天然气吸附性能较好等优点。

Description

用于储存天然气的多孔材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及天然气储存技术领域，尤其是涉及一种利用金属硅粉末通过水热法制备多孔硅粉末，并利用此多孔硅粉末吸附剂做为天然气储存材料的方法。
背景技术
由于石油资源的不断消耗以及石油燃烧带来的环境污染，人类亟需开发替代能源。在新型能源可以实际应用之前，天然气成为一个重要的现实选择。天然气储量丰富，分布广泛，其主要成分甲烷在烃类燃料中具有最高的辛烷值，同时燃烧时只放出较少的污染物。
对于天然气，目前的储存方式主要有液化天然气、压缩天然气、吸附天然气和天然气水合物等方式。液化天然气是在常压下保存在112K左右的低温储罐中。液化天然气的密度可以达到0.4～0.42g/cm3，是标准温度压力下的600倍。但这种方式要求温度很低，储罐的设计比较复杂，经济负担大，存在着泄露等安全隐患。压缩天然气是在常温及20~25MPa的条件下保存的压缩超临界流体。这种方式的缺点为储罐要耐高压，形状一般被局限为圆筒形，为了达到20MPa的压力需要进行繁琐、昂贵的多级压缩。天然气水合物是水和天然气之间以氢键形式形成的笼形结构冰状晶体化合物。理论上其储存体积可以达到标准温度压力下的174倍，但实际上仅为理论值的1/3，并且在水合物中包含了大量的未反应的间隙水，储存的天然气也不能仅仅通过减压的方式来释放。吸附天然气是用多孔材料吸附天然气，通常维持在常温、中低压（3.5~4MPa）条件下。以压缩天然气的1/6的压力就可以实现压缩天然气的储存量，所以这种方法发展前景最好。
吸附天然气储存技术关键是要开发出吸附效率高的吸附剂。多年以来，天然沸石、分子筛、活性氧化铝、硅胶、碳黑、活性炭、金属有机框架化合物等多种吸附材料被研究利用。虽然吸附材料已经被开发出来很多，并且一些已经实际应用，但是这些材料的比表面积通常都不够大，不能非常有效的吸附天然气。另外，这些材料做为吸附材料都有一个压模成型的工艺，也就是制备得到粉末后再加入胶黏剂混合，再压制成型，于是在这个过程中胶黏剂严重堵塞了吸附材料的微孔，减小了微孔含量，导致吸附储量下降。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服上述背景技术的缺点，提供一种利用金属硅粉末通过水热法制备多孔硅粉末，并利用此多孔硅粉末做为天然气的吸附储存材料。
本发明的技术方案是：一种用于储存天然气的多孔材料及其制备方法，其特征是该方法包括如下步骤：
（1）把金属硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的有机杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（2）然后，把金属硅粉放入盛有去离子水的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（3）将HF酸和Fe(NO3)3的水溶液按照一定的比例在水热釜中混合，混合溶液的填充度为70%～95%；
（4）再将清洗干净的金属硅粉放入水热釜中，将水热釜放入干燥箱中在最低110℃，最高160℃的水热处理温度下反应时间最少为40min，最大为70min；
（5）反应过后将水热釜取出，在室温下冷却后，得到多孔硅粉末，并把此粉末用去离子水清洗；
（6）再把多孔硅粉末用配制好的浓度为2%～5%的活化溶液浸泡，并干燥，得到天然气吸附储存材料。
所述的HF酸的浓度为5mol/L～15mol/L，Fe(NO3)3溶液的浓度为0.02mol/L～0.05mol/L。
所述的金属硅粉可以直接采购，也可以将硅片通过机械研磨的方式得到。
所述的活化溶液为NaOH，KOH，CuCl2，FeCl3，MgSO4，ZnSO4，AgNO4混合溶液。
所述的多孔硅吸附材料的比表面积最小为3000 m2/g，最大为4500 m2/g。
所述的多孔硅吸附材料的孔径最小为0.5 nm ，最大为4nm。
本发明的有益效果是：本发明利用金属硅粉末通过水热法制备的多孔硅粉末，不需要添加胶黏剂并压制成型的工艺过程，避免了胶黏剂堵塞吸附材料的微孔、微孔量的减小；并且还具有较大的比表面积，孔径分布均匀并且可调，孔壁表面可进行功能化等优点。
具体实施方式
实施例1：
（1）把金属硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的有机杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（2）然后，把金属硅粉放入盛有去离子水的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（3）将浓度为6mol/L的HF酸和浓度为0.03mol/L的Fe(NO3)3的水溶液按照一定的比例在水热釜中混合，混合溶液的填充度为80%；
（4）再将采购的金属硅粉清洗干净，再放入水热釜中，将水热釜放入干燥箱中在120℃的温度下，水热处理反应40min；
（5）反应过后将水热釜取出，在室温下冷却后，得到多孔硅粉末，并把此粉末用去离子水清洗；
（6）再把多孔硅粉末用配制好的浓度为2%的CuCl2活化溶液浸泡，并干燥，得到天然气吸附材料。
实施例2：
（1）把金属硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的有机杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（2）然后，把金属硅粉放入盛有去离子水的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（3）将浓度为12mol/L的HF酸和浓度为0.05mol/L的Fe(NO3)3的水溶液按照一定的比例在水热釜中混合，混合溶液的填充度为90%；
（4）再将采购的金属硅粉清洗干净，再放入水热釜中，将水热釜放入干燥箱中在140℃的温度下，水热处理反应60min；
（5）反应过后将水热釜取出，在室温下冷却后，得到多孔硅粉末，并把此粉末用去离子水清洗；
（6）再把多孔硅粉末用配制好的浓度为3%的ZnSO4活化溶液浸泡，并干燥，得到天然气吸附材料。

Claims (3)

1.一种用于储存天然气的多孔材料的制备方法，其特征是该方法包括如下步骤：
（1）把金属硅粉放入盛有乙醇或丙酮的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的有机杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（2）然后，把金属硅粉放入盛有去离子水的容器中，进行超声清洗20min，去除金属硅粉上的杂质，再在干燥箱中80℃下干燥；
（3）将HF酸和Fe(NO3)3的水溶液水热釜中混合，混合溶液的填充度为70%～95%，所述的HF酸的浓度为5mol/L～15mol/L，Fe(NO3)3溶液的浓度为0.02mol/L～0.05mol/L；
（4）再将清洗干净的金属硅粉放入水热釜中，将水热釜放入干燥箱中在最低110℃，最高160℃的水热处理温度下反应时间最少为40min，最大为70min；
（5）反应过后将水热釜取出，在室温下冷却后，得到多孔硅粉末，并把此粉末用去离子水清洗；
（6）再把多孔硅粉末用配制好的浓度为2%～5%的CuCl2或ZnSO4活化溶液浸泡，并干燥，得到天然气吸附储存材料。
2.如权利要求1所述的用于储存天然气的多孔材料的制备方法，其特征是所述的多孔硅吸附材料的比表面积最小为3000 m2/g，最大为4500 m2/g。
3.如权利要求1所述的用于储存天然气的多孔材料的制备方法，其特征是所述的多孔硅吸附材料的孔径为0.5 nm～4nm。
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