CN115970638A - 一种分子筛型吸附剂的制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分子筛型吸附剂的制备方法与应用,所述分子筛型吸附剂的制备包括制备前驱体产物A,然后进行原位晶化处理、目标离子的去除化处理以及其他组分的负载,得到吸附剂。
Description
技术领域
本发明属于吸附剂技术领域,具体涉及一种分子筛型吸附剂的制备方法及应用。
背景技术
吸附剂广泛应用于化工生产各领域,通过吸附分离可制备对二甲苯、对甲酚、氧气等产品。以聚酯的生产为例,对二甲苯(PX)是重要的化工基础原料,其主要用来生产精对苯二甲酸,进而生产聚酯,聚酯被广泛用于生产涤纶纤维、各种包装材料和工业组件等。目前主要的对二甲苯生产路线是以石脑油为原料,通过催化重整、芳烃抽提、歧化、异构化等加工过程得到含对二甲苯、邻二甲苯、间二甲苯和乙苯的混合C8芳烃。C8芳烃异构体由于沸点相近,精馏技术难以分离出高纯度产品,工业上普遍采用模拟移动床吸附分离工艺实现对二甲苯的分离提纯,其核心是高效吸附剂的开发和应用,目前工业上一般采用由钡、钾离子单独或混合交换的FAU型沸石吸附剂。
分子筛是一类具有规整孔道结构的铝硅酸盐晶体材料。分子筛晶体中有许多特定大小的空穴,空穴之间通过孔(也称“窗口”)相连。由于分子筛能将比其孔径小的分子吸附到空穴内部,而把尺寸较大的分子排斥在其空穴外,起到筛分分子的作用,故得名分子筛。
这类材料用作催化剂或者吸附剂广泛应用在石油加工和精细化工领域。但是,分子筛一般呈粉末状、无法直接应用于固定床吸附装置,因此在使用中需要加入粘结剂成型以提供一定的机械强度。成型吸附剂由于粘结剂的存在,导致有效活性组分含量降低。一般通过碱液处理使粘结剂沸石化,从而克服粘结剂导致的吸附剂吸附容量下降的问题。
此外,需要通过交换一定种类和数量的阳离子来调变分子筛的电化学性质、使其能够有选择性地吸附特定种类物质,如Na型X分子筛对C8芳烃不具备吸附选择性,一般使用可溶性钡盐或钾盐对NaX小球进行离子交换,调变其电化学性质从而提高对二甲苯吸附选择性。以对NaX小球进行钡离子交换为例:
方式之一,如专利文献(申请号:CN00123514.1)中公开了一种固态离子交换的方法,首先将分子筛、钡盐和粘结剂混合后磨成粒径小于300μm的微粒,再经滚动成型、500~580℃焙烧,然后用去离子水将被交换下来的钠离子洗去,从而制得对二甲苯吸附剂。该方法减少了含钡废水的排放,但在成型时即加入钡盐导致无法对粘结剂进行转晶处理,吸附剂的吸附容量较低。
另一方式,先将分子筛和粘结剂等混合后滚动成型、高温焙烧,然后在碱性体系中进行原位晶化处理实现对粘结剂的转晶处理,最后采用钡盐的水溶液对NaX小球进行阳离子交换。在液态离子交换的过程中,NaX分子筛和钡盐的水溶液接触,溶液中的钡离子在浓度梯度和热驱动下进入分子筛中,同时分子筛上的钠离子被交换下来进入溶液。为保持溶液和分子筛之间的浓度梯度,溶液中的钡离子大大过量,因此不可避免地会产生含钡废水。可溶性钡盐作为剧毒物质,其排放受到严格限制,对含钡废水的处理会增加生产成本。
基于此,寻找一种环保、低成本、且能够保证吸附剂性能的制备方法具有意义。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术存在的对分子筛进行诸如Ba2+、Sr2+等碱土金属负载时所具有的污染问题,本发明的目的在于提供一种环保的分子筛型吸附剂的制备方法,所制备得到的吸附剂吸附容量优异。
2.技术方案
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
一种分子筛型吸附剂的制备方法,所述分子筛型吸附剂负载有组分M;
至少包括以下步骤:
S1.使分子筛、粘结剂、造孔剂充分接触、混合后通过一定方式使之成型;
S2.高温处理,得到产物A;
S3.使产物A,在碱性体系下进行原位晶化处理,得到产物B;
S4.对产物B,进行目标离子的去除化处理,得到产物C;其中,所述目标离子包括来源于S3中碱性体系的离子;
S5.使含有M的溶液,与产物C进行接触混合,实现M在所述产物C上的负载,得到吸附剂;
其中,确定所述产物C的饱和吸水量,所述含有M的溶液的量不超过所述产物C的饱和吸水量。
在此需要说明的是:
Ⅰ)S1中,对于分子筛、粘结剂、造孔剂的接触顺序没有特别的要求。作为优选方案,通常先将分子筛和粘结剂混合形成混合物,然后使造孔剂以水溶液的形式与混合物接触混合,目的是最终形成包含分子筛、粘结剂和造孔剂的“成型”化处理的制品,可以列举的“成型”化处理的制品如颗粒、条、片等等,作为优选方式为颗粒状;
如在此所述的“颗粒”成型方式,可以为现有已知的成型方式,比如已知的油柱成型法、挤条成型法、喷雾成型法、滚动成型法等。对于颗粒的大小没有特别的限制,可根据需求确定,作为优选的方案,颗粒具有0.3~3mm范围的粒径,进一步优选具有0.3~1mm范围的粒径;
S2中,作为优选的方案,进行高温处理前,可以选择性的先进行常温或者在不高于200℃的温度下进行干燥化处理;
S3中,原位晶化处理一般在碱性溶液中进行。作为优选的方案,原位晶化温度90~120℃,晶化时间4~12小时;
所述碱性溶液一般为浓度为1~3mol/L,碱类型一般为氢氧化钠、氢氧化钾,基于此含有如Na+、K+等金属阳离子。
Ⅱ)如在此所述的,针对吸附剂的具体应用不同可以选择不同类型的分子筛,比如根据吸附剂所吸附的目标物质的不同:
所述目标物质为对二甲苯或者对甲酚,则优选碱土金属负载的FAU型分子筛,进一步地,所述“FAU型分子筛”包括X分子筛和Y分子筛;比如“FAU沸石分子筛及其膜的合成与表征”(陆莹,吉林大学,2014年)中就有关于FAU型分子筛的详细描述;
所述目标物质为CO,当应用于清除H2中的CO杂质,则优选“Cu-Y分子筛”;
所述目标物质为碘,当应用于吸附气态碘,则优选“Ag-MOR分子筛”。
Ⅲ)以传统的液态离子交换法的方式进行组分M负载的制备方法,为保持溶液和分子筛之间的浓度梯度,溶液中的M应过量,因此不可避免地会产生大量含M的废水,增加生产成本。有别于传统以阳离子交换法的方式进行组分M负载的制备方法,如在此所述的分子筛型吸附剂的制备方法,含有M的溶液的量不超过所述产物C的饱和吸水量,由此,含有M的溶液的使用量、以及M的使用量均大大降低,M的有效利用率大大提高,避免了废水的排放,降低了生产成本,同时该方法还大大缩短了负载M所需的时间、便于精确控制M的负载量,且所得吸附剂依然具有良好的选择、及吸附性能。
进一步地,所述S1中,分子筛的添加量高于粘结剂的添加量,但粘结剂的添加量占比不低于分子筛和粘结剂总的添加量的5wt%;作为优选方案,分子筛的添加量至少为粘结剂的添加量的四倍,粘结剂的添加量不低于分子筛的添加量的5wt%;作为进一步的优选方案,分子筛与粘结剂的添加质量比为(80~95):(5~20);
造孔剂的添加量为分子筛与粘结剂干基总重的1~5wt%;进一步优选为1~3wt%;
所述粘结剂为高岭土、膨润土、珍珠石、埃洛石中的任意一种;
所述造孔剂为淀粉、木质素、聚乙二醇和碳酸钠中的一种或者一种以上。
进一步地,所述S2中,高温处理的温度为550~950℃;进一步优选温度为550~750℃;
高温处理的处理时间为1~8小时;
进一步地,所述S5中,使含有M的溶液以小液滴的形式与产物C实现接触,然后静置处理,最后在含有水蒸气的气氛中进行高温处理。
在此需要说明的是,利用液体的重力、表面张力和载体的吸附性使含M的溶液扩散到分子筛孔内,然后通过干燥将水分蒸发从而使M均匀分布在分子筛的内表面,由此不但降低了含M的溶液的用量,提升了含M的溶液的的利用率,且M的负载分布均匀。
作为优选方案地,含有M的溶液以小液滴的形式与产物C实现接触的过程中,对产物C边翻动边喷洒含有M的溶液至小球完全润湿。
进一步地,S5中,所述静置处理的时间为30~120min。
在此需要说明的是:I)采用雾化器将含M的溶液雾化成尽可能细密的微小液滴,液滴越小越有利于溶液喷洒均匀;为了保证好的效果,尽可能的希望所述小液滴的体积中位数直径不大于500μm;
II)如在此所述的“静置处理”的目的是使含M的溶液充分扩散进分子筛的孔道中,静置时间会影响M在吸附剂上的分散程度。若“静置处理的时间”过短低于30min,如为15min,则会使M分布不均匀;
Ⅲ)此外,由于吸附剂中M的负载量较高,以传统的液态离子交换法的方式进行组分M负载的制备方法,M的阳离子交换处理时长通常不低于10小时,一般为10~20小时;
如在此所述的分子筛型吸附剂的制备方法,M的负载过程不超过2小时。
进一步地所述S5中,进行高温处理时的气体气氛中,水蒸气的体积含量为20~40%,高温处理的温度为350~500℃;
高温处理的时间为1~5小时。
在此需要说明的是:I)如在此所述的“高温处理”的目的是使M进一步分散并到达分子筛的骨架负电荷处。硅铝分子筛由于铝取代硅而呈骨架电负性,需要阳离子平衡骨架电荷。目标金属离子需要负载在分子筛的交换位(即骨架负电荷处)上才具有吸附活性,若金属分散不均匀,局部金属离子含量多于交换位数量,则焙烧后将形成金属氧化物,金属氧化物不具有吸附活性。随着含M的溶液全部被分子筛吸收,M没有选择性地全部进入分子筛孔道内,焙烧过程中在热驱动下M进一步分散并到达分子筛的骨架负电荷处。
II)如上所述的高温处理的过程中,通入水蒸气的目的是促进M在分子筛孔道内的迁移,有助于提升M的分散均匀程度。
进一步地,所述S4中,使含有铵离子的溶液与产物B接触,对接触过后的溶液进行目标离子的含量检测,若目标离子的含量≤0.1wt%,则目标离子的去除化处理完成。
进一步地,利用铵盐,配制形成含有铵离子的溶液,所述铵盐的添加浓度为0.05~0.3mol/L;
在此需要说明的是,所述铵盐具有可溶性,一般为氯化铵、碳酸铵、硫酸铵中的任意一种或者一种以上。作为优选方案的,所述目标离子去除化处理过程中,保持处理温度为60~80℃,处理完成后用去离子水洗涤至pH为中性,然后在不超过100℃的温度下进行烘干得到产物C。
进一步地,将产物B置于容器中,连续向容器通入含有铵离子的溶液;
其中,所述容器具有进液口、出液口。
所述含有铵离子的溶液通入的体积空速为2~8h-1;进一步优选浓度为3~6h-1。
在此需要说明的是,所述容器的基本要求是具有进液口、出液口,除此没有特殊要求。作为优选方案地,一般将原位晶化后的产物装填在管式容器中,连续通入铵盐溶液至出口溶液中目标离子的含量低于0.1wt%。
进一步地,所述组分M为碱土金属的阳离子。可以是单一种类所述金属阳离子的负载,也可以是几种所述类型的金属阳离子的负载;可以列举的此类阳离子如Ba2+、Sr2+等,基于此,组分M可以是Ba2+、组分M可以是Sr2+、组分M也可以是Ba2+和Sr2+。
基于此,利用以上任一所述方法制备得到的分子筛型吸附剂,为负载有Ba2+的分子筛型吸附剂、负载有Sr2+的分子筛型吸附剂、负载有Ba2+和Sr2+的分子筛型吸附剂。
基于此,利用以上的分子筛型吸附剂,完全可以将其应用于从混合物中通过吸附分离得到目标物质;可以列举的此类目标物质如对二甲苯、对甲酚等。
附图说明
图1是实施例1和对比例1的XRD图。
具体实施方式
通过参考结合附图和示例的以下描述可以更容易地理解本公开,所有附图和示例构成本公开的一部分。应当理解的是,本公开不限于本文描述和/或示出的特定产品、方法、条件或参数。进一步地,本文使用的术语仅用于通过示例的方式描述特定实施例的目的并且不旨在限制,除非另有说明。
还应当理解的是,为了清楚起见,本公开的某些特征可以在单独实施例的上下文中被描述在本文中,但是也可以在单个实施例中彼此组合地被提供。即,除非明显不兼容或特别地不包括,否则每个单独的实施例被认为可与任何其它实施例可组合,并且该组合被认为代表另一个不同的实施例。相反地,为了简明起见,在单个实施例的上下文中描述的本公开的各种特征也可以单独地或以任何子组合来提供。最后,虽然特定实施例可以被描述为一系列步骤的部分或更通用的结构的部分,但是每个步骤或子结构本身也可以被认为是独立的实施例。
除非另有说明,否则应当理解的是,列表中的每个单独元素和该列表中的单独元素的每个组合将被解释为不同的实施例。例如,表示为“A、B或C”的实施例的列表应被解释为包括实施例“A”、“B”、“C”、“A或B”、“A或C”、“B或C”或“A、B或C”。
在本公开中,冠词“一”、“一个”和“该”的单数形式还包括相应的复数个提及物,并且对特定数值的提及至少包括该特定值,除非上下文另有明确说明。因此,例如,对“物质”的提及是对这种物质及其等同物中的至少一种的提及。
包括诸如“第一”和“第二”的序数的术语可用于解释各种组件或者流体,但这些组件、流体不受这些术语的限制。因此,在没有背离本公开的教导的情况下,这些术语仅用于将该组件/流体与另一组件/流体区分开来。
当通过使用结合性术语“……和/或……”等来描述项目时,描述应被理解为包括相关联的所列项目中的任何一个以及其中的一个或多个的所有组合。
通常,术语“约”的使用表示可以根据通过所公开的主题所获得的期望特性而变化的近似值,并且将基于功能以依赖于上下文的方式来解释。因此,本领域普通技术人员将能够在个案的基础上解释一定程度的差异。在一些情况下,表达特定值时使用的重要数字的数量可以是用于确定由术语“约”允许的差异的代表性技术。在其它情况下,可以使用一系列值中的渐变来确定由术语“约”允许的差异的范围。进一步地,本公开中的所有范围都是包含性的和可组合的,并且对范围中所述的值的提及包括该范围内的每个值。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文所使用的术语和/或包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
以下结合具体实施例来进一步说明本发明,但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明,本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,因此,它们并不对本发明作任何限制,本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整,均属于本发明的保护范围。
以下具体实施例中:
所使用的检测仪器有:在线质谱仪(型号Hiden HPR20),气相色谱仪(型号Agilent7890B),电感耦合等离子体发射光谱仪(型号ThermoiCAP 7000)。
进行原位晶化处理的方法为:将产物A置于1.6mol/L NaOH和0.4mol/L KOH的混合溶液中,100℃晶化处理6小时。
吸附剂的钡交换度的计算方法为:样品中钡的摩尔量为W1,铝的摩尔量为W2,则钡交换度为[(2*W1)/W2]*100%。以下实施例中,所喷洒的钡溶液中钡含量为理论上使NH4 +型分子筛的钡交换度达到99%。
测定样品饱和吸水率的具体方法为:向1gNH4 +型分子筛粉末样品中逐滴加水同时不断搅拌,直至样品表面恰好完全润湿,即得单位质量样品的饱和吸水量。通过使粘结剂沸石化,吸附剂中活性组分含量达到98%以上,故可认为NH4 +型粉末和小球的饱和吸水率相同。
测定吸附剂的吸附容量的具体方法为:将一定质量吸附剂装填到固定床反应器中,在氮气中于550℃吹扫1小时,降温至40℃,通入500ppm甲苯(氮气平衡)直至吸附饱和,使用在线气体质谱仪对吸附剂尾端气体组成进行定量分析,吸附剂的吸附容量即为穿透点前的甲苯吸附量。
测定吸附剂的吸附选择性的具体方法为:将100ml吸附剂装填到固定床反应器中,敲击填实。吸附剂脱水活化后通入对二乙苯解吸剂将系统中的气体排空,温度升至175℃,压力升至0.8MPa;
通入12mlC8芳烃混合物:乙苯(EB)16.2wt%,对二甲苯(PX)17.4wt%,间二甲苯(MX)40.8wt%,邻二甲苯(OX)25.6wt%;
再通入解吸剂将C8芳烃解吸下来,在反应器出口接取脱附液并用气相色谱分析其组成。C8芳烃由于脱附快慢不同而得到分离,吸附选择性用于衡量其分离程度。
实施例1
NaX分子筛(一种典型的FAU型分子筛)和高岭土的比例为90:10;
1、将NaX分子筛和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球;所述聚乙二醇的添加量占分子筛和高岭土干基总重的1wt%;所述聚乙二醇水溶液的量为分子筛和高岭土干基总重的20wt%;所述小球粒径为0.3~1mm。
2、将小球于100℃烘干后,再于800℃焙烧2小时得吸附剂前驱体(即产物A,下同代指产物A)。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球(即产物B,下同代指产物B)。
3、将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.3mol/L氯化铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度60℃,体积空速2h-1。交换后用去离子水洗涤至pH为中性,于100℃烘干得NH4X小球(即产物C,下同代指产物C)。
4、将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.1mol/L的氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置30分钟,干燥后于500℃焙烧1小时。
所制备的吸附剂(以下简称BaX分子筛)钡交换度为98.6%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例2
NaX分子筛和膨润土的比例为86:14;
将NaX分子筛和膨润土以一定比例混合,然后加入占分子筛和膨润土干基总重2wt%的淀粉,充分搅拌均匀后滚动成型得到粒径为0.3~1mm的小球。
将小球于200℃烘干后,700℃焙烧4小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.05mol/L硫酸铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度80℃,体积空速8h-1。交换后用去离子水洗涤至pH为中性,于100℃烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.1mol/L的硝酸钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置60分钟,干燥后于50℃焙烧5小时。
所制备的BaX分子筛的钡交换度为99.1%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例3
NaX分子筛和埃洛石的比例为92:8;
将NaX分子筛和埃洛石混合,然后加入占分子筛和埃洛石干基总重3wt%的木质素,充分搅拌均匀后滚动成型,得到粒径为0.3~1mm的小球。
将小球于120℃温度烘干后,725℃焙烧3小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.1mol/L碳酸铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度80℃,体积空速6h-1。洗涤、烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.06mol/L的氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置120分钟,干燥后于400℃焙烧4小时。
所制备的对BaX分子筛的钡交换度为99.0%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例4
NaX分子筛和高岭土的比例为88:12;
将NaX分子筛和高岭土以一定比例搅拌均匀,边滚动成型边加入适量碳酸钠水溶液形成小球;所述碳酸钠的添加量占分子筛和高岭土干基总重的5wt%。所述碳酸钠水溶液的量为分子筛和高岭土干基总重的20wt%;所述小球粒径为0.3~1mm。
将小球于140℃烘干后,于650℃焙烧5小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.25mol/L氯化铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度70℃,体积空速3h-1。洗涤、烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.08mol/L的醋酸钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置100分钟,干燥后于50℃焙烧3小时。
所制备的BaX分子筛的钡交换度为98.5%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例5
NaX分子筛和高岭土的比例为82:18;
将NaX分子筛和高岭土混合,然后加入占分子筛和高岭土干基总重3wt%的淀粉,充分搅拌均匀后滚动成型得到粒径为0.3~1mm的小球。
将小球于160℃烘干后,600℃焙烧6小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.15mol/L碳酸铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度65℃,体积空速3h-1。洗涤、烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.05mol/L的硝酸钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置90分钟,干燥后于400℃焙烧3小时。
所制备的BaX分子筛的钡交换度为98.8%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例6
NaX分子筛和膨润土的比例为80:20;
将NaX分子筛和膨润土以一定比例混合,然后加入占分子筛和膨润土干基总重5wt%的木质素,充分搅拌均匀后滚动成型,得到粒径为0.3~1mm的小球。
将小球于180℃烘干后,550℃焙烧8小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.2mol/L硫酸铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度70℃,体积空速4h-1。洗涤、烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.1mol/L的氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置80分钟,干燥后于50℃焙烧4小时。
所制备的BaX分子筛的钡交换度为98.5%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例7
NaX分子筛和珍珠石的比例为84:16;
将NaX分子筛和珍珠石搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液,聚乙二醇的添加量占分子筛和珍珠石干基总重的1wt%;所述聚乙二醇水溶液的量为分子筛和珍珠石干基总重的20wt%;所述小球粒径为0.3~1mm。
将小球于110℃烘干后,于950℃焙烧1小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.2mol/L氯化铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度75℃,体积空速7h-1。洗涤、烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.15mol/L的氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置100分钟,干燥后于500℃焙烧1小时。
所制备的BaX分子筛的钡交换度为98.7%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例8
NaX分子筛和埃洛石的比例为95:5;
将NaX分子筛和埃洛石以一定比例搅拌均匀,边滚动成型边加入适量碳酸钠水溶液,碳酸钠的添加量占分子筛和埃洛石干基总重的4wt%;所述碳酸钠水溶液的量为分子筛和埃洛石干基总重的15wt%;所述小球粒径为0.3~1mm。
将小球于170℃烘干后,于900℃焙烧1小时得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入0.05mol/L碳酸铵溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。交换温度75℃,体积空速5h-1。洗涤、烘干得NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒浓度为0.1mol/L的氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置90分钟,干燥后于450℃焙烧2小时。
所制备的BaX分子筛的钡交换度为98.9%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例1
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备流程不同,具体步骤如下:
将NaX分子筛和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球;
将小球烘干后,再焙烧得吸附剂前驱体;将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球;
将晶化后的小球装填在不锈钢管式容器中,通入浓度为0.5mol/L的氯化钡溶液至出口溶液中钠含量低于0.1wt%。洗涤、烘干得对二甲苯吸附剂。
其钡交换度为99.0%,吸附容量和选择性测试结果见表1。
由图1可以看出,实施例1的方法制备的BaX吸附剂和本对比例所示的传统离子交换法制备的具有相同的分子筛骨架结构、结晶度相当,没有出现BaO衍射峰表明Ba2+分布均匀。
对比例2
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例2,区别仅在于制备方法不同,具体步骤如下:
将NaX分子筛和膨润土混合,然后加入淀粉,充分搅拌均匀后滚动成型得到小球。
将小球烘干后,焙烧得吸附剂前驱体。将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球。
将晶化后的小球(此时为NaX型小球)边翻动边喷洒氯化钡溶液至小球完全润湿,溶液中钡含量为理论上使NaX小球的钡交换度达到99%。
静置、干燥、焙烧,使钡离子取代钠离子进入分子筛的交换位,然后用去离子水将被交换下来的钠洗净。
烘干后所得吸附剂的钡交换度为63.2%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例3
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体步骤如下:
利用氯化铵溶液对NaX分子筛粉末进行铵交换,洗涤、烘干得NH4X分子筛粉末。对NH4X分子筛粉末边搅拌边喷洒浓度为0.1mol/L的氯化钡溶液至样品完全润湿,溶液中钡含量为理论上使NH4X分子筛的钡交换度达到99%。
上述样品烘干后,和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球、烘干、焙烧。
上述过程中的配比、温度、时间等参数均同实施例1。
其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例4
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体如下:
将NaX分子筛和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球;
将小球烘干后,再焙烧得吸附剂前驱体;将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球;对晶化后的小球进行铵交换得到NH4X小球。
将NH4X小球直接放入氯化钡溶液中,轻柔搅动直至溶液被小球完全吸收,氯化钡溶液的量为NH4X小球的饱和吸水量。静置、干燥、焙烧后得吸附剂。
由于钡溶液分布不均匀,对批量小球进行测试,所得吸附剂的钡交换度为85.6~102.5wt%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例5
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体如下:
将NaX分子筛和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球;
将小球烘干后,再焙烧得吸附剂前驱体;将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球;对晶化后的小球进行铵交换得到NH4X小球。将NH4X小球边翻动边喷洒氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触)后,不进行静置处理而直接干燥、焙烧得吸附剂。
其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例6
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体如下:
将NaX分子筛和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球;
将小球烘干后,再焙烧得吸附剂前驱体;将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球;对晶化后的小球进行铵交换得到NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒氯化钡溶液(使之以喷雾液滴的形式与小球接触)后,静置、不过滤而直接干燥、焙烧得吸附剂。所喷洒的氯化钡溶液中钡含量同样为理论上使NH4X分子筛的钡交换度达到99%,但是氯化钡溶液的总体积为实施例1的两倍,相应的氯化钡溶液中钡浓度降低为实施例1的二分之一(即0.05mol/L)。
由于钡溶液分布不均匀,对批量小球进行测试,所得吸附剂的钡交换度为77.6~108.3wt%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例7
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体如下:
将NaX分子筛和高岭土搅拌均匀,边滚动成型边加入适量聚乙二醇水溶液形成小球;
将小球烘干后,再焙烧得吸附剂前驱体;将该吸附剂前驱体在碱液中进行晶化处理得到晶化后的小球;对晶化后的小球进行铵交换得到NH4X小球。
将NH4X小球边翻动边喷洒氯化钡溶液(使之以喷雾液滴的形式与小球接触)后,静置,然后干燥、焙烧得吸附剂。所喷洒的氯化钡溶液中钡含量同样为理论上使NH4X分子筛的钡交换度达到99%,但是氯化钡溶液的总体积降低为实施例1的二分之一,相应的氯化钡溶液中钡浓度增大为实施例1的两倍。
由于钡溶液分布不均匀,对批量小球进行测试,所得吸附剂的钡交换度为64.8~109.5wt%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例9
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体如下:
按照实施例1中所述4的方式,将NH4X小球边翻动边喷洒氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置、干燥后,进行高温处理;
区别在于进行高温处理时,持续通入具有一定湿度的空气,目的是使高温处理时的气体气氛中,水蒸气的体积含量处在20~40%的水平。
所制备的吸附剂钡交换度为99.1%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
对比例8
本对比例中吸附剂的制备过程中涉及的各相关参数均同实施例1,区别仅在于制备方法不同,具体如下:
将NH4X小球边翻动边喷洒氯化钡溶液至小球完全润湿(使之以喷雾液滴的形式与小球接触),静置、干燥,不进行焙烧处理。
所制备的吸附剂钡交换度为98.6%,其吸附容量和选择性测试结果见表1。
实施例10
吸附容量和选择性测试结果。按照前述,对吸附剂进行吸附容量和选择性测试,结果如表1所示。
表1各样品的吸附容量和吸附选择性
备注:a指制备100g吸附剂所需钡盐的摩尔量;b指制备100g吸附剂所产生的废液中钡盐的摩尔量。
由表1可以看出:
实施例1~8中,通过本发明方法制备的对二甲苯吸附剂和常规的通过液态钡离子交换(阳离子交换)制备的吸附剂(对比例1)的吸附性能相近,且不产生含钡废水、生产成本低。
对比例2不经过铵离子交换而直接负载钡,由于钠离子没有铵离子容易被交换下来,钡交换度较低,从而导致吸附剂的选择性较差。虽然NaX分子筛的吸附容量高于BaX分子筛,但NaX分子筛不具有吸附选择性,且洗涤水中不仅含有被交换下来的钠离子、还含有未交换上去的钡离子,仍然会产生含钡废水。
对比例3首先制备BaX分子筛粉末,再和粘结剂滚动成型,因此无法进行粘结剂晶化处理,导致吸附剂的有效活性组分较少、吸附容量较低。
对比例4不是喷洒钡溶液而是将小球直接置于钡溶液中,液体分布不均匀从而导致钡分布不均匀。
对比例5没有进行静置处理,钡溶液未充分扩散进分子筛的孔道中,导致钡分布不均匀,小球外表面钡含量高而内部钡含量低。
对比例6中钡溶液体积过量,干燥过程中由于重力作用下层小球的钡负载量高而上层小球钡负载量低,且部分钡未进入孔道内部而是沉积在小球表面。
对比例7中钡溶液体积不足,各部分小球吸收钡溶液含量不同,从而导致钡分布不均匀。
对比例4~对比例7由于钡分布不均匀,部分酸性位点没有Ba2+保护,在焙烧过程中分子筛结构发生部分坍塌,导致吸附容量较低。
实施例9负载钡后在水蒸气气氛中高温焙烧,水蒸气促进Ba2+在分子筛孔道内的迁移,由于Ba2+分布更均匀,因而具有更高的吸附容量和吸附选择性。
对比例8负载钡后不进行焙烧处理,钡只是进入分子筛孔道内而未分散并到达交换位上,因而吸附活性差。
Claims (10)
1.一种分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述分子筛型吸附剂负载有组分M;
所述分子筛型吸附剂的制备至少包括以下步骤:
S1.使分子筛、粘结剂、造孔剂接触、混合、并成型;
S2.高温处理,得到产物A;
S3.使产物A,在碱性体系下进行原位晶化处理,得到产物B;
S4.对产物B,进行目标离子的去除化处理,得到产物C;其中,所述目标离子包括来源于S3中碱性体系的离子;
S5.使含有M的溶液,与产物C进行接触混合,实现M在所述产物C上的负载,得到吸附剂;
其中,确定所述产物C的饱和吸水量,所述含有M的溶液的量不超过所述产物C的饱和吸水量。
2.根据权利要求1所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述S1中,分子筛的添加量高于粘结剂的添加量;
造孔剂的添加量为分子筛与粘结剂干基总重的1~5wt%。
3.根据权利要求1所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述S2中,高温处理的温度为550~950℃;
高温处理的时间为1~8小时。
4.根据权利要求1-3任一所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述S5中,使含有M的溶液以小液滴的形式与产物C实现接触,然后静置处理,最后在含有水蒸气的气氛中进行高温处理。
5.根据权利要求4所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述静置处理的时间为30~120min。
6.根据权利要求4所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述组分M为碱土金属的阳离子。
7.根据权利要求4所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述S5中,进行高温处理时的气体气氛中,水蒸气的体积含量为20~40%,高温处理的温度为350~500℃;
高温处理的时间为1~5小时。
8.根据权利要求4所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
所述S4中,使含有铵离子的溶液与产物B接触,对接触过后的溶液进行目标离子的含量检测,若目标离子的含量≤0.1wt%,则目标离子的去除化处理完成。
9.根据权利要求8所述的分子筛型吸附剂的制备方法,其特征在于,
将产物B置于容器中,连续向容器通入含有铵离子的溶液;
其中,所述容器具有进液口、出液口;
所述含有铵离子的溶液温度为60~80℃,通入的体积空速为2~8h-1。
10.根据权利要求1-9任一所述方法制备得到的分子筛型吸附剂的应用,其特征在于,
用于从混合物中通过吸附分离得到目标产物;
所述目标产物包括但不限于对二甲苯和/或对甲酚。
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