CN110681348A - 一种应用于丙酮吸附的y分子筛的脱铝改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高Y分子筛疏水性的脱铝改性方法及不同反应条件对产物性能的影响，属于吸附剂的改性及其技术应用领域。本发明所述方法将Y分子筛与脱铝改性试剂按照固液比1:100均匀混合，置于水浴或油浴恒温磁力搅拌器中，在一定温度下反应一定时间，待冷却至室温后，固相产物经过去离子水洗涤、干燥，得到最终产物。本发明所述方法改性得到的吸附剂疏水性在一定程度上有所提高，且热稳定性较好，具有良好的应用价值和前景。

Description

一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法
技术领域
本发明属于吸附剂技术领域，涉及一种应用于丙酮吸附的分子筛的脱铝改性方法，尤其涉及一种能够提高分子筛疏水性的改性方法。
背景技术
近年来，我国空气污染日趋严重，对人类生活、健康等方面造成极大危害，其中挥发性有机污染物(VOCs)的排放总量逐年增加，严重影响大气质量。世界卫生组织对VOCs的定义为：常温下饱和蒸汽压大于133.32Pa、常压下沸点在50-260℃的有机化合物，主要包括烃类、卤代烃及低沸点的多环芳烃类等。
VOCs主要有工业源、移动源和生活源三种来源，大量存在于空气、水体以及土壤当中，对环境和人类健康造成危害。VOCs具有毒性，会刺激眼睛、皮肤、呼吸系统等部位，严重时甚至可导致“三致”效应。另一方面，VOCs在受紫外线催化作用下，发生分解，与氮氧化物发生一系列化学反应，形成光化学烟雾。同时VOCs也是雾霾、二次有机气溶胶的主要前体物质。
对于VOCs主要有回收和销毁两种处理技术，通常还会将二者结合达到完全去除污染物的目的。回收技术包括吸附、冷凝、吸收、膜分离等，销毁技术则包括催化燃烧、生物降解、光催化等方法。选择VOCs的处理方法时，需要考虑废气量、废气浓度、成本等因素，而吸附法去除效率较高、能耗成本低、能够有效去除低浓度污染物，因此被广泛应用，目前技术也较为成熟，如沸石浓缩转轮就是一种利用吸附法的高效技术。沸石转轮可持续将低浓度有机废气浓缩10-20倍，在180-220℃下脱附再生，从而实现从大气量低浓度有机废气到小气量中高浓度有机废气的转化，此技术的关键就在于吸附剂得选择。
吸附材料种类繁多，包括活性炭、沸石分子筛、硅胶等等，其中活性炭是目前最常用的吸附剂，但研究发现，活性炭再生性能差、稳定性差、孔易堵塞，且具可燃性，存在安全隐患。而同具有较好吸附性能的分子筛耐高温、稳定性好、不可燃，还可根据污染物分子尺寸进行选择性吸附，具有一定应用前景。但是分子筛亲水性强，会优先吸附大量水分子，这将降低其对VOCs的吸附量。通过研究发现，通过某些改性手段提高分子筛硅铝比，可以增强其疏水性，提高应用价值。
分子筛的改性主要有两种方法：接枝改性和脱铝改性。接枝改性即硅烷化反应，在分子筛表面接枝有机官能团从而提高疏水性。脱铝改性包括离子交换、高温水热法、酸脱铝等方法，酸脱铝又可利用无机酸、有机酸或复合酸来对分子筛进行改性，如盐酸、草酸、酒石酸。但通常无机酸酸性较强，脱铝时可能会对分子筛骨架造成一定破坏，因此利用较少。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，选择一种简单、实用、成本较为低廉的脱铝方法，以实现成功改性，提高分子筛的疏水性，更好的应用于丙酮的吸附，并选取不同的反应温度与时间进行实验。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
步骤一，称取一定质量改性试剂，配置250mL一定浓度的脱铝试剂溶液，所述改性试剂为盐酸、草酸、柠檬酸中的一种，所述脱铝试剂溶液浓度为1mol/L、2mol/L、4mol/L或5mol/L；
步骤二，称取2.5gY分子筛，与250mL脱铝试剂溶液均匀混合并搅拌；
步骤三，将装于烧杯或烧瓶中的混合溶液放置于水浴或油浴恒温磁力搅拌器中，在90-150℃下恒温反应6-12h，水浴或油浴加热的同时进行磁力搅拌；
步骤四，改性后分子筛自然冷却至室温，固相产物通过过滤回收，用去离子水洗涤多次，然后在鼓风干燥箱中120℃下干燥12h，得到改性后的Y分子筛。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明选择了Y分子筛进行进一步改性，Y分子筛属微孔分子筛，其十二元环的孔口直径为0.74nm，具有三维孔道以及较大的空腔，利于吸附多种挥发性有机污染物。Y分子筛较易制备，合成原料容易获取，条件易实现，成本也低廉。
(2)本发明选择酸脱铝的方法对Y分子筛进行脱铝，与其他方法相比，具有原料易得、操作简便、成本低廉的优点，反应条件也易实现。
(3)本发明将经过脱铝改性的Y分子筛应用于丙酮吸附领域，在提高疏水性同时，让分子筛保持一个较高的丙酮吸附量。
说明书附图
图1是实施例1、2、3、4与Y分子筛的XRD表征图。
图2是实施例1、2、3、4吸附丙酮的穿透曲线图。
图3是实施例5、6与Y分子筛的XRD表征图。
图4是实施例5、6吸附丙酮的穿透曲线图。
图5是实施例7、8与Y分子筛的XRD表征图。
图6是实施例7、8吸附丙酮的穿透曲线图。
图7是实施例9、10与Y分子筛的XRD表征图。
图8是实施例9、10吸附丙酮的穿透曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：
一种分子筛的脱铝改性方法，步骤如下：
步骤一，称取52.5350g改性试剂柠檬酸，配置250mL浓度为1mol/L的柠檬酸溶液；
步骤二，称取2.5gY分子筛，与250mL柠檬酸溶液均匀混合并搅拌；
步骤三，将装于烧杯的混合溶液放置于水浴恒温磁力搅拌器中，在90℃下恒温反应6h，水浴加热的同时进行磁力搅拌；
步骤四，改性后分子筛自然冷却至室温，固相产物通过过滤回收，用去离子水洗涤多次，然后在鼓风干燥箱中120℃下干燥12h，得到最终产物Y-CA-1。
所制备的吸附剂进行丙酮吸附测试，吸附剂首先在氮气吹扫下进行预处理，预处理温度250℃、时间2h，然后进行吸附测试，混合气含有1000ppm的丙酮气体，分别测试固定床反应器的进口和出口浓度，计算吸附量。同时，所制备的吸附剂在预处理后进行吸水量测试。
如图1所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为72.3mg/g，吸附穿透曲线如图2所示，吸水量为24.4％，原Y分子筛吸水量为25.6％，与原Y分子筛相比，样品疏水性有所提高。
实施例2：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤一变为：称取105.0700g改性试剂柠檬酸，配置250mL浓度为2mol/L的柠檬酸溶液，得到最终产物Y-CA-2。
如图1所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为71.4mg/g，吸附穿透曲线如图2所示，吸水量为23.7％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例3：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤一变为：称取210.1400g改性试剂柠檬酸，配置250mL浓度为4mol/L的柠檬酸溶液，得到最终产物Y-CA-3。
如图1所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为73.7mg/g，吸附穿透曲线如图2所示，吸水量为20.9％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例4：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤一变为：称取262.6750g改性试剂柠檬酸，配置250mL浓度为5mol/L的柠檬酸溶液，得到最终产物Y-CA-4。
如图1所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为69.7mg/g，吸附穿透曲线如图2所示，吸水量为19.1％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例5：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤三变为：将装于烧瓶的混合溶液放置于油浴恒温磁力搅拌器中，在135℃下恒温反应6h，油浴加热的同时进行磁力搅拌，得到最终产物Y-CA-5。
如图3所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为74.2mg/g，吸附穿透曲线如图4所示，吸水量为24.8％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例6：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤三变为：将装于烧瓶的混合溶液放置于油浴恒温磁力搅拌器中，在150℃下恒温反应6h，油浴加热的同时进行磁力搅拌，得到最终产物Y-CA-6。
如图3所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为78.1mg/g，吸附穿透曲线如图4所示，吸水量为22.6％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例7：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤三变为：将装于烧杯的混合溶液放置于水浴恒温磁力搅拌器中，在90℃下恒温反应10h，水浴加热的同时进行磁力搅拌，得到最终产物Y-CA-7。
如图5所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为78.8mg/g，吸附穿透曲线如图6所示，吸水量为25.4％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例8：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤三变为：将装于烧杯的混合溶液放置于水浴恒温磁力搅拌器中，在90℃下恒温反应12h，水浴加热的同时进行磁力搅拌，得到最终产物Y-CA-8。
如图5所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为82.1mg/g，吸附穿透曲线如图6所示，吸水量为22.9％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例9：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤一变为：称取25.3194g改性试剂盐酸，配置250mL浓度为1mol/L的盐酸溶液；步骤二变为：称取2.5gY分子筛，与250mL盐酸溶液均匀混合并搅拌，得到最终产物Y-HCl-1。
如图7所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为59.4mg/g，吸附穿透曲线如图8所示，吸水量为21.0％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
实施例10：Y分子筛的脱铝改性实验，其基本步骤与实施例1基本相同，不同的是步骤一变为：称取22.5100g改性试剂草酸，配置250mL浓度为1mol/L的草酸溶液；步骤二变为：称取2.5gY分子筛，与250mL草酸溶液均匀混合并搅拌，得到最终产物Y-OA-1。
如图7所示，通过改性后样品XRD谱图与原Y分子筛对比可知，此改性条件不会破坏分子筛的结构。同时，经测试，改性后样品对丙酮吸附量为76.6mg/g，吸附穿透曲线如图8所示，吸水量为23.9％，与原Y分子筛相比，疏水性有所提高。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1)称取一定质量改性试剂，配置250mL一定浓度的脱铝试剂溶液；
步骤2)称取2.5gY分子筛，与250mL脱铝试剂溶液均匀混合并搅拌；
步骤3)将装于烧杯或烧瓶中的混合溶液放置于水浴或油浴恒温磁力搅拌器中，在一定温度下恒温反应一定时间，水浴或油浴加热的同时进行磁力搅拌；
步骤4)改性后分子筛自然冷却至室温，固相产物通过过滤回收，用去离子水洗涤多次，然后在鼓风干燥箱中120℃下干燥12h，得到改性后的Y分子筛。
2.根据权利要求1所述的一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法，其特征在于，所述改性试剂为柠檬酸、盐酸或草酸中的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法，其特征在于，所述性试剂溶液浓度为1mol/L-5mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法，其特征在于，反应温度为90℃-150℃。
5.根据权利要求1所述的一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法，其特征在于，反应时间为6h-12h。
6.根据权利要求1所述的一种应用于丙酮吸附的Y分子筛的脱铝改性方法，其特征在于，将脱铝改性后的Y分子筛用于丙酮吸附，提高疏水性的同时使其具有较好的丙酮吸附性能。
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