CN1683071A - 锌镁铝三元类水滑石作为氮氧化物吸附剂的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锌镁铝三元类水滑石的吸附用途，所述三元类水滑石化合物的吸附速率及其饱和吸附量均优于活性炭，特别是Zn2Mg4Al2类水滑石在常温下对NOx的吸附中，最大饱和吸附量可达到1082mg/g。
Description
(一)技术领域
本发明涉及锌镁铝三元类水滑石的吸附用途。
(二)背景技术
氮氧化物(NOx)对环境的污染已经受到全世界的普遍关注，有效地消除NOx是当前研究的热点问题。目前脱除NOx的方法有非催化法和催化法两大类。非催化法主要包括湿式吸收法、固体吸收法、电子束照射法、生物法等，但这些方法存在设备庞大、费用高、二次污染等问题。催化法则包括催化分解法和催化还原法。催化分解法是在催化剂的作用下，将NO直接分解为N2。由于NO的全分解温度过高，而且实际环境中NO往往与某一种或几种还原性气体(CO、低碳烃等)共存，同时由于氧抑制问题，此法实际应用非常困难。催化还原法是在催化剂存在条件下，使NO与还原剂反应而还原为无害的N2。这种方法实用性强，有些已在实际应用中取得了相当大的成功。目前催化还原脱除NOx的催化剂大致有以下几大类：复合金属氧化物、分子筛催化剂、负载型贵金属、类水滑石化合物。类水滑石化合物在催化、吸附分离和离子交换等方面具有很大应用潜力，目前更多地应用于油漆、涂料、污水处理、医药、油田开发等领域中。类水滑石化合物对消除NOx具有很高的催化活性，但这些催化还原消除NOx的反应基本上都是在高温下进行的。常温下类水滑石材料对NOx的优异吸附性能的研究目前国内外还未见报道。
(三)发明内容
本发明提供了锌镁铝三元类水滑石化合物吸附氮氧化物的用途。
本发明所述锌镁铝三元类水滑石典型的分子式为：Zn2+ xMg2+ (0.75-x)Al3+ 0.25(OH)2(CO3 2-)0.125·m H2O，x为Zn2+/(Zn2++Mg2++Al3+)的摩尔比，m是结晶水的数目。当然还可以是其它形式。
所述的锌镁铝三元类水滑石可以由M(NO3)2·mH2O(M为Zn、Mg)Al(NO3)3·9H2O、NaOH和Na2CO3溶液采用共沉淀法制备而得。具体而言，可以由Zn(NO3)2·6H2O，Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按摩尔比Zn/Mg/Al＝2∶4∶2或3∶3∶2或4∶2∶2(即优选m(Zn+Mg)/mAl＝3)，配成溶液A；将NaOH、Na2CO3配制成溶液B。将溶液A和溶液B分别滴加到去离子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温40℃，强烈搅拌，保持pH值在7-10之间，滴加完毕后继续搅拌一段时间，于30-100℃晶化5-36h，离心，打浆洗涤至中性，20-100℃干燥5-36h得类水滑石样品。
上述制备过程中，pH值应保持在9-10之间，较佳的晶化温度为60-70℃，较佳的晶化时间为10-14h，较佳的干燥温度为60-80℃，较佳的干燥时间为10-20h。
按下述方法表征所述吸附剂对NOx的吸附性能：抽取NOx气体注入装有一定量锌镁铝三元类水滑石样品的玻璃瓶中，定时分析玻璃瓶中NOx的浓度，直到吸附平衡。NOx浓度的测定用氮氧化物盐酸萘乙二胺分光光度法，测试装置如图1所示。
按上述方法对锌镁铝三元类水滑石化合物在常温下吸附NOx的性能进行测试比较，发现它们对NOx的吸附能力顺序如下：
Zn2Mg4Al2＞Zn4Mg2Al2＞Zn3Mg3Al2
并且上述三元类水滑石化合物的吸附速率及其饱和吸附量均优于活性炭，特别是Zn2Mg4Al2类水滑石在常温下对NOx的吸附中，最大饱和吸附量可达到1082mg/g。本发明所述的吸附材料对NOx具有良好的吸附性能是因为该吸附材料具有碱性，适于吸附酸性气体，而层板元素的排列情况将直接影响该吸附材料整体碱性中心的多少。此外，NOx还可以进入层状结构的层间，以硝酸根离子的形式作为层间阴离子而形成了硝酸根型类水滑石。
(四)附图说明
图1是用于测试所述锌镁铝三元类水滑石对氮氧化物的吸附性能装置图。
图2是实施例4所述锌镁铝三元类水滑石吸附曲线图。
(五)具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
由Zn(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按摩尔比Zn/Mg/Al＝2∶4∶2配成100mL溶液A，其中铝离子含量为0.4mol/L；NaOH、Na2CO3配制成100mL溶液B，其中NaOH浓度为3.2mol/L，Na2CO3浓度为0.8mol/L。将溶液A和溶液B同时滴加到200ml的去离子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温40℃，强烈搅拌，保持pH值在9左右，滴加完毕后继续搅拌一段时间，于65℃晶化14h，离心，打浆洗涤至中性，70℃干燥15h得三元类水滑石样品。
实施例2
由Zn(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按Zn/Mg/Al＝4∶2∶2配成100mL溶液A，其中铝离子含量为0.4mol/L；NaOH、Na2CO3配制成100mL溶液B，其中NaOH浓度为3.2mol/L，Na2CO3浓度为0.8mol/L。将溶液A和溶液B同时滴加到200ml的去离子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温40℃，强烈搅拌，保持pH值在9左右，滴加完毕后继续搅拌一段时间，于65℃晶化14h，离心，打浆洗涤至中性，70℃干燥15h得三元类水滑石样品。
实施例3
由Zn(NO3)2·6H2O、Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O按摩尔比Zn/Mg/Al＝3∶3∶2配制成100mL溶液A，其中铝离子含量为0.4mol/L；NaOH、Na2CO3配制成100mL溶液B，其中NaOH浓度为3.2mol/L，Na2CO3浓度为0.8mol/L。将溶液A和溶液B同时滴加到200ml的去离子水中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温40℃，强烈搅拌，保持pH值在9左右，滴加完毕后继续搅拌一段时间，于65℃晶化14h，离心，打浆洗涤至中性，70℃干燥15h得三元类水滑石样品。
实施例4
分别称取实施例1～3制得锌镁铝三元类水滑石1g于500ml吸附瓶中(真空度为0.1Mpa)，抽取1500mg的NOx气体注入吸附瓶中，并开始计时。吸附前两个小时，每15min测定吸附瓶内NOx的浓度；之后每半小时测定一次。测定NOx浓度的方法是使用氮氧化物盐酸萘乙二胺分光光度法。吸附曲线如图2所示。吸附时间达50h后发现：吸附瓶内气体颜色均接近无色，表明吸附瓶内的NOx气体已经全部被吸附材料吸收，而吸附材料的吸附容量未达到饱和。
实施例5
分别称取实施例1～3制得锌镁铝三元类水滑石1.5g重复实施例4所述方法步骤，吸附时间达40h后发现：吸附瓶内气体颜色均接近无色，表明吸附瓶内的NOx气体已经全部被吸附材料吸收，而吸附材料的吸附容量未达到饱和。
Claims (4)
1、锌镁铝三元类水滑石作为氮氧化物吸附剂的应用。
2、如权利要求1所述的应用，其特征在于所述的水滑石中Zn∶Mg∶Al的摩尔比为2∶4∶2。
3、如权利要求1所述的应用，其特征在于所述的水滑石中Zn∶Mg∶Al的摩尔比为4∶2∶2。
4、如权利要求1所述的应用，其特征在于所述的水滑石中Zn∶Mg∶Al的摩尔比为3∶3∶2。
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