RU2802727C1 - So2 adsorbent material, production method and use thereof, and method for removing so2 from flue gas containing so2 - Google Patents

So2 adsorbent material, production method and use thereof, and method for removing so2 from flue gas containing so2 Download PDF

Info

Publication number
RU2802727C1
RU2802727C1 RU2022114696A RU2022114696A RU2802727C1 RU 2802727 C1 RU2802727 C1 RU 2802727C1 RU 2022114696 A RU2022114696 A RU 2022114696A RU 2022114696 A RU2022114696 A RU 2022114696A RU 2802727 C1 RU2802727 C1 RU 2802727C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal
organic framework
volume
carbonized
sulfite
Prior art date
Application number
RU2022114696A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Пэн Ван
Лэй ЧЖАО
Чжиюй ЛЮ
Чжуншэн ЛЮ
Сюэхай ВАН
Original Assignee
Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн
Синопек Далянь Рисерч Инститьют Оф Петролеум Энд Петрокемикалс Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн, Синопек Далянь Рисерч Инститьют Оф Петролеум Энд Петрокемикалс Ко., Лтд. filed Critical Чайна Петролиум энд Кемикал Корпорейшн
Application granted granted Critical
Publication of RU2802727C1 publication Critical patent/RU2802727C1/en

Links

Abstract

FIELD: desulfurization.
SUBSTANCE: group of inventions relates to an SO2 adsorbing material, a method for producing an SO2 adsorbing material, the use of an SO2 adsorbing material in the desulfurization area, and a method for removing SO2 from flue gas containing SO2. SO2 adsorbing material is presented comprising carbonized organometallic skeletal material and sulphite deposited on carbonized organometallic skeletal material, and carbonized organometallic skeletal material is a carbonized material obtained by treatment of organometallic skeletal material with carbonization, whereas the introduced amount of sulphite is not more than 10 wt.% based on the total weight of the SO2 absorbent material. In another embodiment, a method for producing an SO2 absorbent material is provided, which comprises treating the organometallic framework material with carbonization to remove at least a portion of the metallic elements contained in the organometallic framework material to form a carbonized organometallic framework material; applying sulphite to the carbonized organometallic framework material to form an SO2 absorbent material; wherein said carbonized organometallic framework material and said sulphite are used in such an amount that the amount of sulphite introduced does not exceed 10 wt% based on the total weight of the SO2 absorbing material. The use of an SO2 adsorbent material in a desulfurization field is also presented, and a method for removing SO2 from an SO2 containing flue gas is presented, including the step of bringing the SO2 adsorbing material into contact with the SO2 containing flue gas to be treated for adsorptive purification.
EFFECT: group of inventions provides SO2 adsorbing material, which has excellent SO2 adsorption capacity, excellent physical adsorption capacity in the presence of water vapor. In addition, the present SO2 adsorbent material can be recycled and reused through desorption and regeneration, whereas the SO2 adsorption capacity remains at a relatively high level after many adsorption-desorption cycles.
14 cl, 1 dwg, 3 tbl, 13 ex

Description

Перекрестные ссылки на родственные заявкиCross references to related applications

По данной заявке испрашивается приоритет от 31.10.2019 по дате заявки №201911048429.7, поданной в патентное ведомство Китая.This application claims priority from 10/31/2019 according to the date of application No. 201911048429.7 filed with the Chinese Patent Office.

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к области десульфурации, в частности, к адсорбирующему SO2 материалу, способу получения адсорбирующего SO2 материала, адсорбирующему SO2 материалу, полученному данным способом, применению адсорбирующего SO2 материала в области десульфурации и способу удаления SO2 из дымового газа, содержащего SO2.The present invention relates to the field of desulfurization, in particular, to an SO 2 adsorbing material, a method for producing an SO 2 adsorbing material, an SO 2 adsorbing material obtained by this method, the use of an SO 2 adsorbing material in a desulfurization field, and a method for removing SO 2 from a flue gas containing SO2 .

Уровень техникиState of the art

Ископаемые виды топлива (например, уголь, нефть) содержат большое количество серы, и их прямое сжигание приводит к высоким уровням SO2 в дымовых газах. Чрезмерные выбросы SO2 вызывают ряд экологических проблем, образование кислотных дождей и фотохимического смога, создают серьезную опасность для производства и повседневной жизни человека.Fossil fuels (eg coal, oil) contain large amounts of sulfur and their direct combustion results in high levels of SO 2 in the flue gases. Excessive emissions of SO 2 cause a number of environmental problems, the formation of acid rain and photochemical smog, and pose a serious danger to human production and everyday life.

Наиболее широко используемые способы удаления SO2 в настоящее время можно разделить на технологию десульфурации мокрым способом и технологию десульфурации сухим способом. Из них мокрый способ десульфурации в основном осуществляют путем контакта щелочного раствора с дымовым газом, превращения SO2 в сульфит и сульфат посредством химических реакций и растворения сульфита и сульфата в воде, и дальнейшей обработки сульфатсодержащего раствора, тем самым выполняя цель десульфурации. В промышленно применяемых технологиях десульфурации мокрым способом SO2 в дымовых газах можно поглощать раствором сульфита натрия. В технологиях десульфурации сухим способом SO2 отделяют от отработанных газов с использованием адсорбционных свойств пористых материалов, SO2 адсорбируют до состояния насыщения, а затем подвергают десорбции и регенерации или окислению до SO3, который затем подвергают элюированию. При режимах десульфурации дымовых газов сухим способом, которые широко применяют в промышленности, SO2 удаляют в процессе адсорбции - окисления - сульфатирования - щелочной промывки с использованием активированного угля в качестве адсорбционного окислителя.The most widely used SO 2 removal methods at present can be divided into wet desulfurization technology and dry desulfurization technology. Of these, the wet desulfurization method is mainly carried out by contacting the alkaline solution with flue gas, converting SO 2 into sulfite and sulfate through chemical reactions and dissolving the sulfite and sulfate in water, and further treating the sulfate-containing solution, thereby fulfilling the purpose of desulfurization. In industrially used wet desulfurization technologies, SO 2 in flue gases can be absorbed with a sodium sulfite solution. In dry process desulfurization technologies, SO 2 is separated from exhaust gases using the adsorption properties of porous materials, SO 2 is adsorbed to a saturation state, and then subjected to desorption and regeneration or oxidation to SO 3 , which is then eluted. In dry flue gas desulfurization modes, which are widely used in industry, SO 2 is removed through the process of adsorption - oxidation - sulfation - alkaline washing using activated carbon as an adsorption oxidizer.

Дымовой газ S-Zorb в нефтеперерабатывающей промышленности имеет объемную концентрацию SO2 более 1%; учитывая, что содержание SO2 в дымовом газе относительно высокое, более целесообразно адсорбировать SO2 и получать серу путем десорбции и рециркуляции SO2, тем самым выполняя рециркуляцию и повторное использование SO2. Однако большинство адсорбционных материалов, применяемых в традиционном процессе десульфурации, обладают окислительными свойствами и склонны к окислению SO2 до SO3, поэтому адсорбционные материалы не подходят для рециркуляции и повторного использования SO2 в дымовых газах S-Zorb в процессе адсорбции-десорбции. Кроме того, дымовой газ S-Zorb имеет низкое содержание О2 (объемная концентрация обычно составляет менее 0,1%), поэтому режим обработки окислением SO2 в SO3 невозможен. Кроме того, по отношению к дымовому газу S-Zorb, содержащему водяной пар, существующий адсорбционный материал имеет низкую способность к физической адсорбции SO2, что не может удовлетворять требованиям практического использования.S-Zorb flue gas in the oil refining industry has a SO 2 concentration of more than 1% by volume; Considering that the content of SO 2 in flue gas is relatively high, it is more appropriate to adsorb SO 2 and obtain sulfur by desorption and recycling of SO 2 , thereby performing SO 2 recycling and reuse. However, most of the adsorption materials used in the traditional desulfurization process have oxidizing properties and are prone to oxidize SO 2 to SO 3 , so the adsorption materials are not suitable for recycling and reusing SO 2 in S-Zorb flue gases in the adsorption-desorption process. In addition, S-Zorb flue gas has a low O 2 content (volume concentration is typically less than 0.1%), so the SO 2 to SO 3 oxidation treatment mode is not possible. In addition, with respect to S-Zorb flue gas containing water vapor, the existing adsorption material has low SO 2 physical adsorption ability, which cannot meet the requirements of practical use.

Поэтому важное и практическое значение имеет создание нового адсорбирующего SO2 материала, обладающего высокой способностью к физической адсорбции SO2.Therefore, the creation of a new SO 2 adsorbing material with a high ability for physical adsorption of SO 2 is of great and practical importance.

Краткое описание изобретенияBrief description of the invention

Настоящее изобретение направлено на преодоление недостатков предшествующего уровня техники, заключающихся в том, что адсорбционная способность адсорбирующего SO2 материала склонна к ослаблению, и его способность к физической адсорбции является низкой в присутствии водяного пара.The present invention is aimed at overcoming the disadvantages of the prior art that the adsorption capacity of the SO 2 adsorbent material tends to weaken and its physical adsorption capacity is low in the presence of water vapor.

Было обнаружено, что, хотя металлоорганические каркасные (МОК) материалы имеют развитую микропористую структуру и высокую удельную поверхность, эти материалы содержат оксиды металлов с металлическим элементом в качестве центрального узла, и эти материалы склонны к осуществлению химических реакций при адсорбции SO2, и таким образом, эти материалы имеют плохую способность к физической адсорбции SO2, что не способствует адсорбции-десорбции и повторному использованию SO2. Хотя карбонизованный металлоорганический каркасный материал, полученный после процесса карбонизации, способен осуществлять физическую адсорбцию-десорбцию SO2, его адсорбционная емкость по SO2 снижается в присутствии водяного пара, особенно в случае дымовых газов S-Zorb, содержащих водяной пар, поэтому способность к физической адсорбции не соответствует требованиям.It has been found that although metal-organic framework (MOF) materials have a developed microporous structure and high specific surface area, these materials contain metal oxides with a metal element as the central unit, and these materials are prone to undergo chemical reactions by adsorption of SO 2 , and thus , these materials have poor SO 2 physical adsorption ability, which is not conducive to SO 2 adsorption-desorption and recycling. Although the carbonized metal-organic framework material obtained after the carbonization process is capable of physical adsorption-desorption of SO 2 , its SO 2 adsorption capacity is reduced in the presence of water vapor, especially in the case of S-Zorb flue gases containing water vapor, so the physical adsorption capacity does not meet the requirements.

Были проведены обширные инновационные исследования и было обнаружено, что композиционный материал, полученный нанесением сульфита (например, сульфита натрия) на карбонизованный металлоорганический каркасный материал, может обеспечить высокую физическую адсорбцию SO2 благодаря синергизму между сульфитом и карбонизованным металлоорганическим каркасным материалом, преодолевая недостаток, заключающийся в том, что способность к адсорбции SO2 может снижаться в присутствии водяного пара, а полученный после адсорбции материал можно десорбировать и регенерировать для повторного использования, и он демонстрирует превосходные характеристики рециркуляции, так что настоящее изобретение выполнено на основании этого заключения.Extensive innovative research has been carried out and it has been found that a composite material obtained by depositing sulfite (such as sodium sulfite) on a carbonized metal-organic framework material can achieve high physical adsorption of SO 2 due to the synergy between sulfite and carbonized metal-organic framework material, overcoming the disadvantage of that the SO2 adsorption capacity can be reduced in the presence of water vapor, and the resulting adsorption material can be desorbed and regenerated for reuse, and exhibits excellent recycling performance, so the present invention is made based on this finding.

Для достижения вышеуказанной цели в первом аспекте настоящего изобретения предложен адсорбирующий SO2 материал, который содержит карбонизованный металлоорганический каркасный материал и сульфит, нанесенный на карбонизованный металлоорганический каркасный материал, причем карбонизованный металлоорганический каркасный материал представляет собой карбонизованный материал, полученный путем обработки металлорганического каркасного материала карбонизацией.To achieve the above object, the first aspect of the present invention provides an SO 2 adsorbent material that contains a carbonized metal-organic framework material and a sulfite supported on the carbonized metal-organic framework material, wherein the carbonized metal-organic framework material is a carbonized material obtained by treating the metal-organic framework material with carbonization.

Количество вводимого сульфита не превышает 10 масс. % в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.The amount of introduced sulfite does not exceed 10 wt. % based on the total mass of SO 2 adsorbing material.

Второй аспект настоящего изобретения относится к способу получения адсорбирующего SO2 материала, который включает следующие стадии:The second aspect of the present invention relates to a method for producing SO 2 adsorbent material, which includes the following steps:

(1) обработка металлоорганического каркасного материала карбонизацией для удаления по меньшей мере части металлических элементов, содержащихся в металлоорганическом каркасном материале, с получением карбонизованного металлоорганического каркасного материала;(1) treating the metal-organic framework material with carbonization to remove at least a portion of the metal elements contained in the metal-organic framework material to obtain a carbonized metal-organic framework material;

(2) нанесение сульфита на карбонизованный металлорганический каркасный материал с получением адсорбирующего SO2 материала;(2) applying sulfite to the carbonized metal-organic framework material to obtain an SO 2 adsorbing material;

при этом указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал и указанный сульфит используют в таком количестве, что количество вводимого сульфита не превышает 10 масс. % в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.wherein said carbonized metal-organic framework material and said sulfite are used in such an amount that the amount of introduced sulfite does not exceed 10 wt. % based on the total mass of SO 2 adsorbing material.

В третьем аспекте настоящего изобретения предложен адсорбирующий SO2 материал, полученный способом согласно второму аспекту.In a third aspect of the present invention, there is provided an SO 2 adsorbent material obtained by the method according to the second aspect.

Четвертый аспект настоящего изобретения обеспечивает применение адсорбирующего SO2 материала по первому или третьему аспекту в области десульфурации.The fourth aspect of the present invention provides the use of the SO 2 adsorbing material of the first or third aspect in the field of desulfurization.

Пятый аспект настоящего изобретения обеспечивает способ удаления SO2 из дымового газа, содержащего SO2, причем способ включает следующие стадии:A fifth aspect of the present invention provides a method for removing SO 2 from flue gas containing SO 2 , the method comprising the following steps:

Приведение адсорбирующего SO2 материала в контакт с содержащим SO2 дымовым газом, подлежащим обработке для адсорбционной очистки, при этом указанный адсорбирующий SO2 материал представляет собой адсорбирующий SO2 материал согласно первому аспекту или третьему аспекту.Contacting the SO 2 adsorbent material with SO 2 -containing flue gas to be treated for adsorption purification, wherein said SO 2 adsorbent material is the SO 2 adsorbent material according to the first aspect or the third aspect.

Настоящее изобретение имеет по меньшей мере следующие преимущества по сравнению с предшествующим уровнем техники:The present invention has at least the following advantages over the prior art:

(1) Адсорбирующий SO2 материал, предложенный в настоящем изобретении, обладает превосходной адсорбционной емкостью по SO2, которая выше, чем у промышленно выпускаемых материалов с активированным углем и MOF при тех же условиях адсорбции в пределах времени проникновения.(1) The SO 2 adsorption material proposed in the present invention has excellent SO 2 adsorption capacity, which is higher than that of commercially available activated carbon and MOF materials under the same adsorption conditions within the permeation time.

(2) Адсорбирующий SO2 материал, предложенный в настоящем изобретении, также проявляет превосходную способность к физической адсорбции в присутствии водяного пара, его адсорбционная емкость явно не снижается в присутствии водяного пара; кроме того, адсорбирующий SO2 материал, предложенный в настоящем изобретении, можно рециркулировать и повторно использовать посредством десорбции и регенерации, и адсорбционная емкость по SO2 все еще остается на относительно высоком уровне после множества циклов адсорбции-десорбции, таким образом, материал имеет важное значение для решения проблемы адсорбции и утилизации SO2 из дымовых газов нефтеперерабатывающей промышленности.(2) The SO 2 adsorbent material proposed in the present invention also exhibits excellent physical adsorption ability in the presence of water vapor, its adsorption capacity is not obviously reduced in the presence of water vapor; In addition, the SO 2 adsorbing material proposed in the present invention can be recycled and reused through desorption and regeneration, and the SO 2 adsorption capacity still remains at a relatively high level after many adsorption-desorption cycles, so the material is of great importance to solve the problem of adsorption and utilization of SO 2 from flue gases of the oil refining industry.

Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения указаны в последующем подробном описании предпочтительных воплощений.Other characteristics and advantages of the present invention are set forth in the following detailed description of preferred embodiments.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

На фиг. 1 показан график, на котором сравнивают результаты 30 циклов испытаний на адсорбцию-десорбцию между MOF-5, адсорбирующим SO2 материалом L1, полученным в примере 1, и адсорбирующим SO2 материалом D1, полученным в сравнительном примере 1.In fig. 1 is a graph comparing the results of 30 cycles of adsorption-desorption tests between MOF-5, SO 2 adsorbent material L1 obtained in Example 1, and SO 2 adsorbent material D1 obtained in Comparative Example 1.

Подробное описаниеDetailed description

Конечные и любые значения диапазонов, раскрытых в данном документе, не ограничиваются точными диапазонами или значениями, такие диапазоны или значения следует понимать как включающие значения, близкие к этим диапазонам или значениям. Что касается численных диапазонов, конечные значения различных диапазонов, конечные значения и отдельные значения точек различных диапазонов, а также отдельные значения точек могут быть объединены друг с другом для получения одного или более новых численных диапазонов, которые следует считать специально раскрытыми в данном документе.The ends and any values of the ranges disclosed herein are not limited to the exact ranges or values, but such ranges or values should be understood to include values approximating those ranges or values. With respect to numerical ranges, the end values of different ranges, the end values and individual point values of different ranges, and the individual point values may be combined with each other to produce one or more new numerical ranges, which are to be considered specifically disclosed herein.

Как отмечено ранее, в первом аспекте настоящего изобретения предложен адсорбирующий SO2 материал, где адсорбирующий SO2 материал содержит карбонизованный металлорганический каркасный материал и сульфит, нанесенный на карбонизованный металлоорганический каркасный материал, при этом карбонизованный металлоорганический каркасный материал представляет собой карбонизованный материал, полученный путем обработки металлоорганического каркасного материала карбонизацией;As noted previously, a first aspect of the present invention provides an SO 2 adsorbent material, wherein the SO 2 adsorbent material comprises a carbonized metal-organic framework material and a sulfite supported on the carbonized metal-organic framework material, wherein the carbonized metal-organic framework material is a carbonized material obtained by treating the metal-organic framework material. carbonization of frame material;

Количество введенного сульфита не превышает 10 масс. % в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.The amount of introduced sulfite does not exceed 10 wt. % based on the total mass of SO 2 adsorbing material.

Для получения более высокой адсорбционной емкости по SO2 предпочтительно количество введенного сульфита составляет 2-7 масс. % в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.To obtain a higher adsorption capacity for SO 2 , it is preferable that the amount of introduced sulfite is 2-7 wt. % based on the total mass of SO 2 adsorbing material.

В настоящем изобретении металлоорганический каркасный материал представляет собой гибридный органо-неорганический материал, имеющий бесконечную топологическую регулярную пористую структуру, который образован из органического лиганда и ионов металла посредством координационного соединения координационных связей.In the present invention, the metal-organic framework material is an organic-inorganic hybrid material having an infinite topological regular porous structure, which is formed from an organic ligand and metal ions through coordination bond coupling.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой металлоорганический каркасный материал на основе цинка, где металлоорганический каркасный материал на основе цинка означает, что металлический элемент в металлоорганическом каркасном материале представляет собой элементарный цинк.According to the present invention, preferably the metal-organic framework material is a zinc-based metal-organic framework material, where the zinc-based metal-organic framework material means that the metal element in the metal-organic framework material is elemental zinc.

Металлоорганический каркасный материал предпочтительно представляет собой по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 и ZIF-20, имеющий удельную поверхность 800-1800 м2/г и объем пор 0,8-1,2 см3/г. Таким образом, взаимодействие полученного карбонизованного металлоорганического каркасного материала с сульфитами позволяет получить более желаемый эффект физической адсорбции-десорбции SO2, облегчает адсорбцию и рециркуляцию SO2.The metal-organic framework material is preferably at least one material selected from the group consisting of MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 and ZIF-20, having a specific surface area of 800-1800 m 2 /g and volume pores 0.8-1.2 cm 3 /g. Thus, the interaction of the resulting carbonized metal-organic framework material with sulfites makes it possible to obtain a more desirable effect of physical adsorption-desorption of SO 2 and facilitates the adsorption and recycling of SO 2 .

Металлоорганический каркасный материал предпочтительно представляет собой MOF-5, имеющий удельную поверхность 1500-1700 м2/г и объем пор 1-1,15 см3/г.The metal-organic framework material is preferably MOF-5 having a specific surface area of 1500-1700 m 2 /g and a pore volume of 1-1.15 cm 3 /g.

Металлоорганический каркасный материал предпочтительно содержит металлический элемент в количестве 20-35 масс. %.The metal-organic framework material preferably contains a metal element in an amount of 20-35 wt. %.

Настоящее изобретение не накладывает конкретных ограничений в отношении источника металлоорганического каркасного материала, который имеется в продаже или может быть получен способом получения металлоорганического каркасного материала, известным из уровня техники.The present invention does not impose any particular limitations on the source of the metal-organic framework material that is commercially available or can be obtained by a metal-organic framework material production process known in the art.

В настоящем изобретении карбонизованный металлоорганический каркасный материал представляет собой карбонизованный материал, полученный путем обработки металлоорганического каркасного материала карбонизацией. Процесс обработки карбонизацией служит для снижения содержания металлических элементов в металлоорганическом каркасном материале и увеличения удельной поверхности и объема пор материала. Карбонизованный металлоорганический каркасный материал, полученный в результате обработки карбонизацией, сохраняет преимущества регулярной пористой сетчатой топологической структуры, большой удельной поверхности и развитой пористой структуры металлоорганического каркасного материала.In the present invention, the carbonized metal-organic framework material is a carbonized material obtained by treating the metal-organic framework material with carbonization. The carbonization treatment process serves to reduce the content of metal elements in the metal-organic framework material and increase the specific surface area and pore volume of the material. The carbonized metal-organic framework material obtained by carbonization treatment retains the advantages of a regular porous network topological structure, large specific surface area and developed porous structure of the metal-organic framework material.

Например, материал MOF-5 представляет собой пористый трехмерный материал с бесконечной и регулярной топологической структурой, образованный соединением металла Zn и терефталевой кислоты, материал имеет пористость 70-80%, вторичные структурные единицы представляют собой кубические кристаллы, имеющие а = 25,6690 Å, V = 16913,2 Å, внутренний диаметр 15,2 Å и размер окна 7,8. Что касается MOF-5, имеющего средний размер пор 1,45-1,5 нм, регулярная пористая сетчатая топологическая структура и высокая пористость MOF-5 сохраняются после процесса карбонизации, а отношение объемов пор для различных размеров пор составляет макропоры (размер пор более 50 нм): мезопоры (размер пор 2-50 нм): микропоры (размер пор менее 2 нм) = 1:(13-15):(5-6), и пористость составляет 80-85%.For example, MOF-5 material is a porous three-dimensional material with an infinite and regular topological structure, formed by a compound of Zn metal and terephthalic acid, the material has a porosity of 70-80%, the secondary structural units are cubic crystals having a = 25.6690 Å, V = 16913.2 Å, internal diameter 15.2 Å and window size 7.8. As for MOF-5, which has an average pore size of 1.45-1.5 nm, the regular porous network topological structure and high porosity of MOF-5 are maintained after the carbonization process, and the pore volume ratio for different pore sizes is macropores (pore size more than 50 nm): mesopores (pore size 2-50 nm): micropores (pore size less than 2 nm) = 1:(13-15):(5-6), and the porosity is 80-85%.

В другом примере ZIF-8 представляет собой пористый трехмерный материал, образованный соединением Zn и диметилимидазола, материал имеет топологическую структуру конфигурации SOD, размер внутренних пор 11,6 Å, окно 3,4 Å и пористость 35-40%. Что касается ZIF-8, имеющего средний размер пор 1,07-1,15 нм, то после процесса карбонизации сохраняется регулярная пористая сетчатая топологическая структура ZIF-8, отношение объемов пор для различных размеров пор составляет макропоры (поры размер более 50 нм): мезопоры (размер пор в диапазоне 2-50 нм): микропоры (размер пор менее 2 нм) = 1:(2-3):(16-18), и пористость составляет 50-55%.In another example, ZIF-8 is a porous three-dimensional material formed by a compound of Zn and dimethylimidazole, the material has a topological structure of the SOD configuration, an internal pore size of 11.6 Å, a window of 3.4 Å, and a porosity of 35-40%. As for ZIF-8, which has an average pore size of 1.07-1.15 nm, after the carbonization process the regular porous mesh topological structure of ZIF-8 is maintained, the ratio of pore volumes for different pore sizes is macropores (pores larger than 50 nm): mesopores (pore size in the range of 2-50 nm): micropores (pore size less than 2 nm) = 1:(2-3):(16-18), and the porosity is 50-55%.

Предпочтительно указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал имеет регулярную, пористую и сетчатую топологическую структуру с насыпной плотностью 0,2-0,35 г/см3, удельной поверхностью 1000-2700 м2/г, объемом пор 1-3,8 см3/г и отношением (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,16-3,5.Preferably, said carbonized metal-organic frame material has a regular, porous and network topological structure with a bulk density of 0.2-0.35 g/cm 3 , a specific surface area of 1000-2700 m 2 /g, and a pore volume of 1-3.8 cm 3 /g and the ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.16-3.5.

Более предпочтительно указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал имеет регулярную, пористую и сетчатую топологическую структуру с насыпной плотностью 0,22-0,33 г/см3, удельной поверхностью 1025-2650 м2/г, объемом пор 1,06-3,7 см3/г и отношением (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 2,3-3,5.More preferably, said carbonized metal-organic frame material has a regular, porous and network topological structure with a bulk density of 0.22-0.33 g/cm 3 , a specific surface area of 1025-2650 m 2 /g, and a pore volume of 1.06-3.7 cm 3 /g and the ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 2.3-3.5.

В настоящем описании макропоры относятся к порам с диаметром пор более 50 нм, мезопоры относятся к порам с диаметром пор 2-50 нм, а микропоры относятся к порам с диаметром пор менее 2 нм.As used herein, macropores refer to pores with a pore diameter greater than 50 nm, mesopores refer to pores with a pore diameter of 2-50 nm, and micropores refer to pores with a pore diameter less than 2 nm.

Предпочтительно содержание металлических элементов в карбонизованном металлоорганическом каркасном материале составляет 0-0,06 масс. %, предпочтительно 0-0,02 масс. %; более предпочтительно, карбонизованный металлорганический каркасный материал, полученный после обработки карбонизацией, не содержит металлических элементов, но содержание металлических элементов в карбонизованном металлоорганическом каркасном материале ниже нижнего предела аналитического обнаружения из-за неизбежной ошибки измерения.Preferably, the content of metal elements in the carbonized metal-organic framework material is 0-0.06 wt. %, preferably 0-0.02 wt. %; more preferably, the carbonized metal-organic framework material obtained after the carbonization treatment does not contain metal elements, but the content of metal elements in the carbonized metal-organic framework material is below the lower limit of analytical detection due to inevitable measurement error.

В настоящем описании содержание металлического элемента определяют с помощью аналитического теста с индуктивно связанной плазмой (ICP).Herein, the metal element content is determined using an inductively coupled plasma (ICP) analytical test.

Предпочтительно карбонизацию проводят в защитной атмосфере при температуре карбонизации 900-1150°С в течение времени карбонизации 5-10 часов.Preferably, carbonization is carried out in a protective atmosphere at a carbonization temperature of 900-1150°C for a carbonization time of 5-10 hours.

Предпочтительно адсорбирующий SO2 материал имеет насыпную плотность 0,2-0,39 г/см3, удельную поверхность 1000-2700 м2/г, объем пор 1-3,7 см3/г и отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,21-3,5.Preferably, the SO 2 adsorbing material has a bulk density of 0.2-0.39 g/cm 3 , a specific surface area of 1000-2700 m 2 /g, a pore volume of 1-3.7 cm 3 /g and a ratio (macropore volume + mesopore volume) /micropore volume = 0.21-3.5.

Более предпочтительно адсорбирующий SO2 материал имеет насыпную плотность 0,21-0,35 г/см3, удельную поверхность 2000-2650 м2/г, объем пор 2,8-3,7 см3/г, предпочтительно 2,86-3,62 см3/г, и отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 2,3-3,5.More preferably, the SO 2 adsorbing material has a bulk density of 0.21-0.35 g/cm 3 , a specific surface area of 2000-2650 m 2 /g, a pore volume of 2.8-3.7 cm 3 /g, preferably 2.86- 3.62 cm 3 /g, and the ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 2.3-3.5.

Предпочтительно содержание металлического элемента, внесенного карбонизованным металлоорганическим каркасным материалом в адсорбирующий SO2 материал, составляет 0-0,06 масс. %, предпочтительно 0-0,02 масс. %, в расчете на массу карбонизованного металлоорганического каркасного материала в адсорбирующем SO2 материале; более предпочтительно, адсорбирующий SO2 материал не содержит металлический элемент, содержащийся в металлоорганическом каркасном материале (например, элементарный цинк в металлоорганическом каркасном материале на основе цинка), но содержание металлического элемента может быть ниже нижнего предела аналитического обнаружения из-за неизбежной ошибки измерения.Preferably, the content of the metal element introduced by the carbonized metal-organic framework material into the SO 2 adsorbing material is 0-0.06 mass. %, preferably 0-0.02 wt. %, based on the weight of the carbonized metal-organic framework material in the SO 2 adsorbing material; more preferably, the SO 2 adsorbent material does not contain the metal element contained in the metal-organic framework material (eg, elemental zinc in the zinc-based metal-organic framework material), but the content of the metal element may be below the lower limit of analytical detection due to inevitable measurement error.

В настоящем изобретении удельная поверхность, пористость, объем пор и коэффициент распределения объема пор материалов определяют путем аналитического определения кривой адсорбции-десорбции с помощью измерителя адсорбции N2.In the present invention, the specific surface area, porosity, pore volume and pore volume distribution coefficient of the materials are determined by analytically determining the adsorption-desorption curve using an N 2 adsorption meter.

Предпочтительно сульфит представляет собой сульфит натрия и/или сульфит калия, поскольку было обнаружено, что при использовании сульфита натрия и/или сульфита калия, нанесенного на карбонизованный металлорганический каркасный материал, синергия сульфита и карбонизованного металлоорганического каркасного материала могут обеспечивать превосходный эффект физической адсорбции SO2, особенно в присутствии водяного пара, и полученный адсорбционный материал также проявляет превосходный адсорбционный эффект.Preferably, the sulfite is sodium sulfite and/or potassium sulfite, since it has been found that by using sodium sulfite and/or potassium sulfite supported on a carbonized metal-organic framework material, the synergy of the sulfite and the carbonized metal-organic framework material can provide excellent SO 2 physical adsorption effect. especially in the presence of water vapor, and the resulting adsorption material also exhibits excellent adsorption effect.

Адсорбирующий SO2 материал, обеспечиваемый настоящим изобретением, можно рециркулировать и повторно использовать после обработки десорбцией, однако настоящее изобретение не накладывает конкретных ограничений на условия обработки десорбцией, однако, чтобы десорбированный адсорбирующий SO2 материал мог сохранять требуемый эффект адсорбции, предпочтительно условия десорбционной обработки включают: проведение десорбционной обработки при температуре 110-120°С в атмосфере газообразного азота.The SO 2 adsorbent material provided by the present invention can be recycled and reused after desorption treatment, however, the present invention does not particularly limit the desorption treatment conditions, however, in order for the desorbed SO 2 adsorbent material to maintain the desired adsorption effect, preferably the desorption treatment conditions include: carrying out desorption treatment at a temperature of 110-120°C in an atmosphere of nitrogen gas.

Настоящее изобретение обеспечивает адсорбирующий SO2 материал, обладающий более высокой адсорбционной емкостью по SO2, особенно в присутствии водяного пара, адсорбирующий SO2 материал также может оказывать превосходный эффект физической адсорбции-десорбции в случае дымового газа, содержащего водяной пар; адсорбционная емкость по SO2 адсорбирующего SO2 материала, представленного в настоящем изобретении, выше, чем у имеющихся в продаже активированного угля и материалов MOF при тех же условиях адсорбции в пределах времени проникновения; адсорбирующий SO2 материал, предусмотренный настоящим изобретением, можно рециркулировать и повторно использовать посредством десорбции и регенерации, и адсорбционная емкость по SO2 все еще остается на относительно высоком уровне после множества циклов адсорбции-десорбции.The present invention provides an SO 2 adsorbing material having a higher SO 2 adsorption capacity, especially in the presence of water vapor, the SO 2 adsorbing material can also have excellent physical adsorption-desorption effect in the case of flue gas containing water vapor; the SO 2 adsorption capacity of the SO 2 adsorbent material presented in the present invention is higher than that of commercially available activated carbon and MOF materials under the same adsorption conditions within the permeation time; the SO 2 adsorbent material provided by the present invention can be recycled and reused through desorption and regeneration, and the SO 2 adsorption capacity still remains at a relatively high level after many adsorption-desorption cycles.

Как отмечено ранее, второй аспект настоящего изобретения относится к способу получения адсорбирующего SO2 материала, который включает следующие стадии:As noted earlier, the second aspect of the present invention relates to a method for producing SO 2 adsorbent material, which includes the following steps:

(1) обработку металлоорганического каркасного материала карбонизацией для удаления по меньшей мере части металлических элементов, содержащихся в металлоорганическом каркасном материале, с получением карбонизованного металлоорганического каркасного материала;(1) treating the metal-organic framework material with carbonization to remove at least a portion of the metal elements contained in the metal-organic framework material to obtain a carbonized metal-organic framework material;

(2) нанесение сульфита на карбонизованный металлорганический каркасный материал с получением адсорбирующего SO2 материала;(2) applying sulfite to the carbonized metal-organic framework material to obtain an SO 2 adsorbent material;

причем указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал и указанный сульфит используют в таком количестве, что количество вводимого сульфита не превышает 10 масс. % в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.wherein said carbonized metal-organic framework material and said sulfite are used in such an amount that the amount of introduced sulfite does not exceed 10 wt. % based on the total mass of SO 2 adsorbing material.

В способе согласно второму аспекту настоящего изобретения для получения более высокой адсорбционной емкости по SO2 предпочтительно использовать карбонизованный металлоорганический каркасный материал и сульфит в таком количестве, что вводимое количество сульфита в адсорбирующий SO2 материал составляет 1-7 масс. % в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.In the method according to the second aspect of the present invention, to obtain a higher SO 2 adsorption capacity, it is preferable to use carbonized metal-organic framework material and sulfite in such an amount that the introduced amount of sulfite into the SO 2 adsorbing material is 1-7 mass. % based on the total mass of SO 2 adsorbing material.

В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно изменения количества вводимого сульфита достигают путем регулирования концентрации раствора сульфита.According to the present invention, changes in the amount of sulfite introduced are preferably achieved by adjusting the concentration of the sulfite solution.

Согласно способу второго аспекта настоящего изобретения предпочтительно обработку карбонизацией на стадии (1) проводят в защитной атмосфере при температуре карбонизации 900-1150°С в течение времени карбонизации 5-10 часов. При этих условиях может быть удалено 99,94-100 масс. % металлического элемента в металлоорганическом каркасном материале; более предпочтительно карбонизованный металлоорганический каркасный материал после обработки карбонизацией не содержит металлического элемента.According to the method of the second aspect of the present invention, preferably the carbonation treatment in step (1) is carried out in a protective atmosphere at a carbonation temperature of 900-1150°C for a carbonation time of 5-10 hours. Under these conditions, 99.94-100 wt. can be removed. % metal element in metal-organic framework material; more preferably, the carbonized metal-organic framework material does not contain a metal element after carbonization treatment.

Согласно способу второго аспекта настоящего изобретения обработка карбонизацией имеет ту же функцию, что и в ранее описанном первом аспекте, и полученные свойства карбонизованного металлорганического каркасного материала (например, содержание металлических элементов, удельная поверхность, объем пор) соответственно идентичны таким свойствам для карбонизованного металлорганического каркасного материала, описанного выше в связи с первым аспектом, и их описание здесь не повторяют.According to the method of the second aspect of the present invention, the carbonization treatment has the same function as in the previously described first aspect, and the resulting properties of the carbonized metal-organic framework material (eg, metal element content, specific surface area, pore volume) are correspondingly identical to those of the carbonized metal-organic framework material described above in connection with the first aspect, and their description will not be repeated here.

Согласно способу второго аспекта настоящего изобретения предпочтительно защитную атмосферу создают по меньшей мере одним веществом, выбираемым из группы, состоящей из газообразного азота, газообразного аргона, газообразного гелия и газообразного неона.According to the method of the second aspect of the present invention, preferably the protective atmosphere is created by at least one substance selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, helium gas and neon gas.

В соответствии с предпочтительным воплощением настоящего изобретения способы нанесения сульфита на карбонизованный металлоорганический каркасный материал на стадии (2) включают пропитку карбонизованного металлоорганического каркасного материала раствором сульфита и сушку пропитанного карбонизованного металлоорганического каркасного материала для удаления растворителя.According to a preferred embodiment of the present invention, methods for applying sulfite to a carbonized metal-organic framework material in step (2) include impregnating the carbonized metal-organic framework material with a sulfite solution and drying the impregnated carbonized metal-organic framework material to remove the solvent.

Предпочтительно раствор сульфита имеет массовую концентрацию менее 6%, более предпочтительно 1,2-4%; было обнаружено, что более желательный эффект введения может быть получен при загрузке карбонизированного металлоорганического материала каркаса раствором сульфита, имеющим массовую концентрацию в пределах указанного диапазона.Preferably, the sulfite solution has a mass concentration of less than 6%, more preferably 1.2-4%; It has been found that a more desirable insertion effect can be obtained by loading the carbonized organometallic framework material with a sulfite solution having a mass concentration within the specified range.

Предпочтительно время пропитки составляет 1-5 часов.Preferably the impregnation time is 1-5 hours.

Чтобы получить адсорбирующий SO2 материал с лучшими адсорбционными свойствами, пропитка предпочтительно представляет собой пропитку при равных объемах.In order to obtain an SO 2 adsorbing material with better adsorption properties, the impregnation is preferably an equal volume impregnation.

Предпочтительно сушку проводят в инертной атмосфере, температура сушки составляет 100-120°С, а время сушки составляет 6-10 часов.Preferably, drying is carried out in an inert atmosphere, the drying temperature is 100-120°C, and the drying time is 6-10 hours.

Согласно изобретению инертная атмосфера включает газообразный азот и инертный газ; инертную атмосферу предпочтительно обеспечивают по меньшей мере одним веществом, выбираемым из группы, состоящей из газообразного азота, газообразного аргона, газообразного гелия и газообразного неона.According to the invention, the inert atmosphere includes nitrogen gas and an inert gas; the inert atmosphere is preferably provided with at least one substance selected from the group consisting of nitrogen gas, argon gas, helium gas and neon gas.

Согласно способу второго аспекта настоящего изобретения сульфит предпочтительно представляет собой сульфит натрия и/или сульфит калия.According to the method of the second aspect of the present invention, the sulfite is preferably sodium sulfite and/or potassium sulfite.

Согласно способу второго аспекта настоящего изобретения предпочтительно металлоорганический каркасный материал выбирают из металлоорганических каркасных материалов на основе цинка.According to the method of the second aspect of the present invention, preferably the metal-organic framework material is selected from zinc-based metal-organic framework materials.

Согласно способу второго аспекта настоящего изобретения более предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой по меньшей мере один материал, выбираемый из группы, состоящей из MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 и ZIF-20 с удельной поверхностью 800-1800 м2/г и объемом пор 0,8-1,2 см3/г. Таким образом, взаимодействие полученного карбонизованного металлоорганического каркасного материала с сульфитами позволяет получить более желаемый эффект физической адсорбции-десорбции SO2, облегчает адсорбцию и рециркуляцию SO2.According to the method of the second aspect of the present invention, more preferably, the metal-organic framework material is at least one material selected from the group consisting of MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 and ZIF-20 with a specific surface area of 800-1800 m 2 /g and pore volume 0.8-1.2 cm 3 /g. Thus, the interaction of the resulting carbonized metal-organic framework material with sulfites makes it possible to obtain a more desirable effect of physical adsorption-desorption of SO 2 and facilitates the adsorption and recycling of SO 2 .

Согласно способу по второму аспекту настоящего изобретения, еще более предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой MOF-5, имеющий удельную поверхность 1500-1700 м2/г и объем пор 1-1,15 см3/г.According to the method of the second aspect of the present invention, even more preferably, the metal-organic framework material is MOF-5 having a specific surface area of 1500-1700 m 2 /g and a pore volume of 1-1.15 cm 3 /g.

Настоящее изобретение обеспечивает способ получения адсорбирующего SO2 материала, обладающего превосходным эффектом физической адсорбции SO2, путем нанесения сульфита на карбонизованный металлорганический каркасный материал, и операции способа получения являются простыми, таким образом, способ имеет важное значение для решения проблемы адсорбции и утилизации SO2 из дымовых газов нефтеперерабатывающей промышленности.The present invention provides a method for producing an SO 2 adsorbent material having excellent SO 2 physical adsorption effect by applying sulfite to a carbonized metal-organic framework material, and the operations of the producing method are simple, so the method is important for solving the problem of adsorption and utilization of SO 2 from flue gases from the oil refining industry.

Как отмечено ранее, в третьем аспекте изобретения предложен адсорбирующий SO2 материал, полученный способом по второму аспекту.As noted previously, the third aspect of the invention provides an SO adsorbent2 material obtained by the method of the second aspect.

Адсорбирующий SO2 материал, полученный способом по настоящему изобретению, обладает высокой адсорбционной емкостью по SO2, особенно в присутствии водяного пара, и обладает превосходной адсорбционной емкостью по SO2 для содержащих SO2 дымовых газов, включающих водяной пар; материал демонстрирует более высокую адсорбционную емкость по SO2, чем промышленный активированный уголь и материалы MOF при тех же условиях адсорбции в пределах времени проникновения; кроме того, адсорбирующий SO2 материал, предложенный в настоящем изобретении, можно регенерировать путем нагревания и десорбции, и адсорбционная емкость все еще остается на относительно высоком уровне после множества циклов адсорбции-десорбции.The SO 2 adsorbent material obtained by the method of the present invention has high SO 2 adsorption capacity, especially in the presence of water vapor, and has excellent SO 2 adsorption capacity for SO 2 containing flue gases including water vapor; the material exhibits higher SO2 adsorption capacity than commercial activated carbon and MOF materials under the same adsorption conditions within permeation time; Moreover, the SO 2 adsorbing material proposed in the present invention can be regenerated by heating and desorption, and the adsorption capacity still remains at a relatively high level after many adsorption-desorption cycles.

Как описано ранее, четвертый аспект настоящего изобретения обеспечивает применение адсорбирующего SO2 материала в соответствии с первым аспектом или третьим аспектом в области десульфурации.As described previously, the fourth aspect of the present invention provides the use of the SO 2 adsorbent material in accordance with the first aspect or the third aspect in the field of desulfurization.

Настоящее изобретение не накладывает особых ограничений на конкретную операцию применения, операцию можно осуществлять с использованием существующей операции удаления SO2 в данной области техники, и специалисты в данной области техники не должны рассматривать как ограничение в отношении настоящего изобретения.The present invention does not impose particular restrictions on a particular operation of use, the operation can be carried out using an existing SO 2 removal operation in the art, and those skilled in the art should not be construed as limiting the present invention.

Как отмечено ранее, пятый аспект настоящего изобретения обеспечивает способ удаления SO2 из содержащего SO2 дымового газа, причем способ включает следующие стадии:As noted previously, a fifth aspect of the present invention provides a method for removing SO 2 from SO 2 containing flue gas, the method comprising the following steps:

приведение адсорбирующего SO2 материала в контакт с содержащим SO2 дымовым газом, подлежащим обработке для адсорбционной очистки, где указанный адсорбирующий SO2 материал представляет собой адсорбирующий SO2 материал по первому аспекту или третьему аспекту.bringing the SO 2 adsorbent material into contact with an SO 2 -containing flue gas to be treated for adsorption purification, wherein said SO 2 adsorbent material is the SO 2 adsorbent material of the first aspect or the third aspect.

В пятом аспекте изобретения адсорбирующий SO2 материал имеет те же свойства, что и вышеуказанный адсорбирующий SO2 материал, и в настоящем описании повторно не поясняют свойства адсорбирующего SO2 материала, такие как удельная поверхность и объем пор.In the fifth aspect of the invention, the SO 2 adsorbing material has the same properties as the above SO 2 adsorbing material, and the properties of the SO 2 adsorbing material such as specific surface area and pore volume are not repeatedly explained in the present specification.

Предпочтительно условия адсорбционной обработки включают температуру адсорбции 5-25°С, часовую объемную скорость на единицу объема при адсорбции 100-1000 ч-1 и давление адсорбции 0-0,3 МПа и более предпочтительно 0,1-0,3 МПа.Preferably, the adsorption treatment conditions include an adsorption temperature of 5-25° C., an adsorption hourly space velocity per unit volume of 100-1000 h -1 and an adsorption pressure of 0-0.3 MPa, and more preferably 0.1-0.3 MPa.

В настоящем изобретении часовая объемная скорость на единицу объема при адсорбции относится к количеству (объему) подвергаемого адсорбции газа (содержащего SO2 дымового газа), проходящего на единицу объема адсорбента в единицу времени.In the present invention, the adsorption hourly space velocity per unit volume refers to the amount (volume) of the adsorption gas (SO 2 -containing flue gas) passing per unit volume of the adsorbent per unit time.

Предпочтительно обрабатываемый содержащий SO2 дымовой газ имеет объемное содержание SO2 более 1%, более предпочтительно 1-5%; объемное содержание водяного пара составляет 1-4%.Preferably, the SO 2 -containing flue gas to be treated has a SO 2 volume content of more than 1%, more preferably 1-5%; the volumetric content of water vapor is 1-4%.

Содержащий SO2 дымовой газ предпочтительно представляет собой дымовой газ S-Zorb нефтехимической нефтеперерабатывающей промышленности.The SO 2 -containing flue gas is preferably S-Zorb flue gas from a petrochemical refinery industry.

Настоящее изобретение обеспечивает способ десульфурации, обладающий высокой адсорбционной способностью для SO2 в дымовых газах благодаря использованию адсорбирующего SO2 материала по настоящему изобретению, который эффективен для физического удаления SO2 из дымовых газов и может подвергаться циклической адсорбции и десорбции, поэтому он имеет большое значение при адсорбции и рециркуляции SO2 из дымовых газов в нефтеперерабатывающей промышленности.The present invention provides a desulfurization method having a high adsorption capacity for SO 2 in flue gas by using the SO 2 adsorbing material of the present invention, which is effective in physically removing SO 2 from flue gas and can undergo cyclic adsorption and desorption, so it is of great importance in adsorption and recycling of SO 2 from flue gases in the oil refining industry.

Если в настоящем описании не указано иное, давление относится к манометрическому давлению, и нормальное давление составляет 0 МПа.Unless otherwise stated herein, pressure refers to gauge pressure, and normal pressure is 0 MPa.

Настоящее изобретение подробно описано со ссылкой на примеры.The present invention is described in detail with reference to examples.

В следующих примерах используемое сырье представляло собой выпускаемые в промышленности продукты, если не указано иное.In the following examples, the raw materials used were commercially available products unless otherwise noted.

Все металлорганические каркасные материалы MOF-5, ZIF-8 and MOF-74 получены собственными силами согласно способам, раскрытым в литературе предшествующего уровня техники (Microporous Mesoporous mater. 84 (2005) 97-104; ACS Catal. 2011, 1, 120-127; J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5, 1504-1518).All metal-organic framework materials MOF-5, ZIF-8 and MOF-74 are produced in-house according to methods disclosed in the prior art literature (Microporous Mesoporous mater. 84 (2005) 97-104; ACS Catal. 2011, 1, 120-127 J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5, 1504-1518).

В следующих примерах соответствующие свойства были получены следующими методами:In the following examples, the corresponding properties were obtained using the following methods:

(1) удельную поверхность, объем пор и соотношение распределения объема пор материала определяли путем аналитического определения кривой адсорбции-десорбции с помощью измерителя адсорбции N2;(1) the specific surface area, pore volume and pore volume distribution ratio of the material were determined by analytically determining the adsorption-desorption curve using an N 2 adsorption meter;

(2) содержание металлического элемента определяли с помощью аналитического теста ICP;(2) metal element content was determined using ICP analytical test;

(3) содержание SO2 в газе измеряли прибором Emerson X-STREAM;(3) the SO 2 content of the gas was measured with an Emerson X-STREAM instrument;

(4) измерение введенного количества осуществляли путем преобразования содержания элемента Na в адсорбционном материале, определенного с помощью аналитического теста ICP;(4) measurement of the introduced amount was carried out by converting the Na element content of the adsorption material determined by the ICP analytical test;

(5) в следующем примере время проникновения устанавливалось, когда концентрация SO2 на выходе адсорбера достигала 50 мг/м3, и адсорбционную емкость по SO2 рассчитывали на основе следующей формулы:(5) In the following example, the penetration time was set when the SO2 concentration at the adsorber outlet reached 50 mg/ m3 , and the SO2 adsorption capacity was calculated based on the following formula:

где Q обозначает серо емкость (адсорбционная емкость по SO2), мг/г; q обозначает общий расход газовой смеси на входе, л/мин; С0 обозначает концентрацию SO2 на входе, мг/л; Ci обозначает концентрацию SO2 на выходе для i-го отбора образца, мг/л; t обозначает i-e время отбора образца, мин; n обозначает номер отбора образца, когда адсорбция достигает насыщения или заданного времени проникновения; m обозначает введенное количество указанного адсорбционного материала, г;where Q denotes sulfur capacity (adsorption capacity for SO 2 ), mg/g; q denotes the total flow rate of the gas mixture at the inlet, l/min; C 0 denotes the SO 2 concentration at the inlet, mg/l; C i denotes the SO 2 concentration at the outlet for the i-th sample, mg/l; t denotes ie sampling time, min; n denotes the sampling number when adsorption reaches saturation or a specified penetration time; m denotes the introduced amount of said adsorption material, g;

(б) насыпная плотность: рассчитана и получена путем измерения объема на единицу массы адсорбционного материала.(b) Bulk Density: Calculated and obtained by measuring the volume per unit mass of the adsorption material.

Пример 1Example 1

В качестве матрицы использовали материал MOF-5, имеющий удельную поверхность 1655 м2/г и объем пор 1,13 см3/г, и содержание элемента Zn 31,2 масс. %.The matrix used was MOF-5 material, having a specific surface area of 1655 m 2 /g and a pore volume of 1.13 cm 3 /g, and a Zn element content of 31.2 wt. %.

(1) Матрицу MOF-5 подвергали карбонизации при 1000°С в течение 6 часов в присутствии газообразного азота, чтобы получить карбонизированный металлоорганический каркасный материал, имеющий насыпную плотность 0,22 г/см3, удельную поверхность 2650 м2/г, объем пор 3,7 см3/г, при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. % и отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,2.(1) The MOF-5 matrix was carbonized at 1000°C for 6 hours in the presence of nitrogen gas to obtain a carbonized metal-organic framework material having a bulk density of 0.22 g/cm 3 , a specific surface area of 2650 m 2 /g, and a pore volume 3.7 cm 3 /g, while the content of the Zn element was 0 wt. % and the ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.2.

(2) Карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 3%, и подвергали пропитке эквивалентным объемом в течение 1 часа, пропитанный материал подвергали сушке в атмосфере газообразного азота при 120°С в течение 6 часов для получения адсорбирующего SO2 материала L1.(2) The carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 3% and impregnated with an equivalent volume for 1 hour, the impregnated material was dried under nitrogen gas at 120°C for 6 hours to obtain SO2 adsorbent material L1.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал L1 имел введенное количество сульфита натрия 5 масс. %, насыпную плотность 0,231 г/см3, удельную поверхность 2426 м2/г, объем пор 3,27 см3/г, отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,1, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material L1 had an introduced amount of sodium sulfite of 5 wt. %, bulk density 0.231 g/cm 3 , specific surface area 2426 m 2 /g, pore volume 3.27 cm 3 /g, ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.1, and the content of the element Zn was 0 mass. %.

Пример 2Example 2

Адсорбирующий SO2 материал получали таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что на стадии (2) карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 1,2% и подвергали пропитке при эквивалентном объеме для получения адсорбирующего SO2 материала L2.The SO 2 adsorbent material was prepared in the same manner as in Example 1, except that in step (2), the carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 1.2% and impregnated at an equivalent volume to obtain SO 2 adsorbing material L2.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал L2 имел введенное количество сульфита натрия 1 масс. %, насыпную плотность 0,222 г/см3, удельную поверхность 2615 м2/г, объем пор 3,62 см3/г, отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,2, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material L2 had an introduced amount of sodium sulfite of 1 mass. %, bulk density 0.222 g/cm 3 , specific surface area 2615 m 2 /g, pore volume 3.62 cm 3 /g, ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.2, and the content of the element Zn was 0 mass. %.

Пример 3Example 3

Адсорбирующий SO2 материал получали таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что на стадии (2) карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 4%, и подвергали пропитке при эквивалентном объеме для получения адсорбирующего SO2 материала L3.The SO 2 adsorbent material was prepared in the same manner as in Example 1, except that in step (2), the carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 4% and impregnated at an equivalent volume to obtain an adsorbent material. SO 2 material L3.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал L3 имел введенное количество сульфита натрия 7 масс. %, насыпную плотность 0,235 г/см3, удельную поверхность 2320 м2/г, объем пор 3,05 см3/г, отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,35, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material L3 had an introduced amount of sodium sulfite of 7 wt. %, bulk density 0.235 g/cm 3 , specific surface area 2320 m 2 /g, pore volume 3.05 cm 3 /g, ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.35, and the content of the element Zn was 0 mass. %.

Пример 4Example 4

Адсорбирующий SO2 материал получали таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что на стадии (2) карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 5,8%, и подвергали пропитке при эквивалентном объеме для получения адсорбирующего SO2 материала L4.The SO 2 adsorbent material was prepared in the same manner as in Example 1, except that in step (2), the carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 5.8%, and was impregnated at an equivalent volume to obtaining SO 2 adsorbing material L4.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал L4 имел введенное количество сульфита натрия 10 масс. %, насыпную плотность 0,242 г/см3, удельную поверхность 2110 м2/г, объем пор 2,86 см3/г, отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,4, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material L4 had an introduced amount of sodium sulfite of 10 wt. %, bulk density 0.242 g/cm 3 , specific surface area 2110 m 2 /g, pore volume 2.86 cm 3 /g, ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.4, and the content of the element Zn was 0 mass. %.

Пример 5Example 5

В качестве матрицы использовали материал ZIF-8, имеющий удельную поверхность 1150 м2/г и объем пор 0,82 см3/г, и содержание элемента Zn 30,7 масс. %.The material used as a matrix was ZIF-8, having a specific surface area of 1150 m 2 /g and a pore volume of 0.82 cm 3 /g, and a Zn element content of 30.7 wt. %.

(1) Матрицу ZIF-8 подвергали карбонизации при 1150°С в течение 5 часов в присутствии газообразного азота, чтобы получить карбонизованный металлорганический каркасный материал, полученный карбонизованный металлоорганический каркасный материал имел насыпную плотность 0,28 г/см3, удельную поверхность 1290 м2/г, объем пор 1,27 см3/г, содержание элемента Zn 0 масс. % и (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,25.(1) The ZIF-8 matrix was carbonized at 1150°C for 5 hours in the presence of nitrogen gas to obtain a carbonized metal-organic framework material, the resulting carbonized metal-organic framework material had a bulk density of 0.28 g/ cm3 , a specific surface area of 1290 m2 /g, pore volume 1.27 cm 3 /g, Zn element content 0 wt. % and (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.25.

(2) Карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 3%, и подвергали пропитке эквивалентным объемом в течение 1 часа, пропитанный материал подвергали сушке в атмосфере газообразного азота при 120°С в течение 6 часов для получения адсорбирующего SO2 материала L5.(2) The carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 3% and impregnated with an equivalent volume for 1 hour, the impregnated material was dried under nitrogen gas at 120°C for 6 hours to obtain SO2 adsorbent material L5.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал L5 имел введенное количество сульфита натрия 5 масс. %, насыпную плотность 0,294 г/см3, удельную поверхность 1225 м2/г, объем пор 1,24 см3/г, (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,255, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material L5 had an introduced amount of sodium sulfite of 5 mass. %, bulk density 0.294 g/cm 3 , specific surface area 1225 m 2 /g, pore volume 1.24 cm 3 /g, (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.255, and the Zn element content was 0 mass . %.

Пример 6Example 6

В качестве матрицы использовали материал MOF-74, имеющий удельную поверхность 852 м2/г и объем пор 1,02 см3/г, и содержание элемента Zn 29,2 масс. %.The material used as a matrix was MOF-74, having a specific surface area of 852 m 2 /g and a pore volume of 1.02 cm 3 /g, and a Zn element content of 29.2 wt. %.

(1) Матрицу MOF-74 подвергали карбонизации при 900°С в течение 10 часов в присутствии газообразного азота, чтобы получить карбонизованный металлорганический каркасный материал, полученный карбонизованный металлоорганический каркасный материал имел насыпную плотность 0,33 г/см3, удельную поверхность 1080 м2/г, объем пор 1,06 см3/г, содержание элемента Zn 0 масс. % и (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,22.(1) The MOF-74 matrix was carbonized at 900°C for 10 hours in the presence of nitrogen gas to obtain a carbonized metal-organic framework material, the resulting carbonized metal-organic framework material had a bulk density of 0.33 g/ cm3 , a specific surface area of 1080 m2 /g, pore volume 1.06 cm 3 /g, Zn element content 0 wt. % and (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.22.

(2) Карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 3%, и подвергали пропитке эквивалентным объемом в течение 1 часа, пропитанный материал подвергали сушке в атмосфере газообразного азота при 120°С в течение 6 часов для получения адсорбирующего SO2 материала L6.(2) The carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 3% and impregnated with an equivalent volume for 1 hour, the impregnated material was dried under nitrogen gas at 120°C for 6 hours to obtain SO2 adsorbent material L6.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал L6 имел введенное количество сульфита натрия 5 масс. %, насыпную плотность 0,346 г/см3, удельную поверхность 1025 м2/г, объем пор 1 см3/г, (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,226, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material L6 had an introduced amount of sodium sulfite of 5 mass. %, bulk density 0.346 g/cm 3 , specific surface area 1025 m 2 /g, pore volume 1 cm 3 /g, (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.226, and the Zn element content was 0 wt. %.

Сравнительный пример 1Comparative example 1

В качестве матрицы использовали материал MOF-5, имеющий удельную поверхность 1655 м2/г и объем пор 1,13 см3/г, и содержание элемента Zn 31,2 масс. %.The matrix used was MOF-5 material, having a specific surface area of 1655 m 2 /g and a pore volume of 1.13 cm 3 /g, and a Zn element content of 31.2 wt. %.

Матрицу MOF-5 подвергали карбонизации при 1000°С в течение 6 часов в присутствии газообразного азота, чтобы получить адсорбирующий SO2 материал D1.The MOF-5 matrix was carbonized at 1000°C for 6 hours in the presence of nitrogen gas to obtain SO 2 adsorbent material D1.

По результатам измерений полученный материал D1 имел насыпную плотность 0,22 г/см3, удельную поверхность 2650 м2/г, объем пор 3,7 см3/г, (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,2, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting material D1 had a bulk density of 0.22 g/cm 3 , a specific surface area of 2650 m 2 /g, a pore volume of 3.7 cm 3 /g, (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.2, and the Zn element content was 0 wt. %.

Сравнительный пример 2Comparative example 2

Выпускаемый в промышленности материал из активированного угля (с насыпной плотностью 0,62 г/см3, удельной поверхностью 865 м2/г, объемом пор 0,52 см3/г) помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 3%, и подвергали пропитке эквивалентным объемом в течение 1 часа, пропитанный материал подвергали сушке в атмосфере газообразного азота при 120°С в течение 6 часов для получения адсорбирующего SO2 материала D2.Commercially produced activated carbon material (with a bulk density of 0.62 g/cm 3 , specific surface area of 865 m 2 /g, pore volume of 0.52 cm 3 /g) was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 3%, and impregnated with an equivalent volume for 1 hour, the impregnated material was dried under nitrogen gas at 120° C. for 6 hours to obtain SO 2 adsorbent material D2.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал D2 имел введенное количество сульфита натрия 5 масс. %, насыпную плотность 0,65 г/см3, удельную поверхность 820 м2/г, объем пор 0,5 см3/г, (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,2.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material D2 had an introduced amount of sodium sulfite of 5 mass. %, bulk density 0.65 g/cm 3 , specific surface area 820 m 2 /g, pore volume 0.5 cm 3 /g, (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.2.

Сравнительный пример 3Comparative example 3

Адсорбирующий SO2 материал получали таким же образом, как и в примере 1, за исключением того, что на стадии (2) карбонизованный металлоорганический каркасный материал помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 6,5%, и подвергали пропитке эквивалентным объемом для получения адсорбирующего SO2 материала D3.The SO 2 adsorbent material was prepared in the same manner as in Example 1, except that in step (2), the carbonized metal-organic framework material was placed in a sodium sulfite solution having a mass concentration of 6.5%, and was impregnated with an equivalent volume to obtain SO 2 adsorbing material D3.

По результатам измерений полученный адсорбирующий SO2 материал D3 имел введенное количество сульфита натрия 13,2 масс. %, насыпную плотность 0,25 г/см3, удельную поверхность 1245 м2/г, объем пор 1,08 см3/г, (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 3,55, и при этом содержание элемента Zn составляло 0 масс. %.According to the measurement results, the resulting SO 2 adsorbing material D3 had an introduced amount of sodium sulfite of 13.2 wt. %, bulk density 0.25 g/cm 3 , specific surface area 1245 m 2 /g, pore volume 1.08 cm 3 /g, (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 3.55, and the element content Zn was 0 wt. %.

Сравнительный пример 4Comparative example 4

Материал MOF-5 непосредственно помещали в раствор сульфита натрия, имеющий массовую концентрацию 3%, и подвергали пропитке эквивалентным объемом в течение 1 часа без обработки карбонизацией, но материал MOF-5 структурно разлагался и сжимался после помещения в раствор сульфита натрия, невозможно было приготовить адсорбирующий материал и выполнить последующую операцию.The MOF-5 material was directly placed into sodium sulfite solution having a mass concentration of 3%, and subjected to impregnation with an equivalent volume for 1 hour without carbonization treatment, but the MOF-5 material was structurally decomposed and contracted after being placed in the sodium sulfite solution, it was impossible to prepare the adsorbent material and perform the subsequent operation.

Испытательный пример 1Test Case 1

Проводили испытания адсорбционных свойств адсорбирующих SO2 материалов, полученных в примерах и сравнительных примерах, соответственно.Tests were carried out on the adsorption properties of the SO 2 adsorbing materials obtained in the Examples and Comparative Examples, respectively.

При этом содержащий SO2 дымовой газ, подлежащий очистке, представлял собой дымовой газ S-Zorb, содержащий водяной пар, в котором содержание SO2 составляло 3 об.%, и содержание водяного пара составляло 3 об.%.Here, the SO 2 -containing flue gas to be purified was an S-Zorb steam-containing flue gas in which the SO 2 content was 3 vol.% and the water vapor content was 3 vol.%.

Содержащий SO2 дымовой газ, подлежащий очистке, как описано выше, подвергали адсорбционной очистке с использованием адсорбирующих SO2 материалов MOF-5, ZIF-8, MOF-74, активированного угля и адсорбирующих SO2 материалов, полученных в примерах и сравнительных примерах.The SO 2 -containing flue gas to be purified as described above was subjected to adsorption purification using the SO 2 adsorbing materials MOF-5, ZIF-8, MOF-74, activated carbon and the SO 2 adsorbing materials obtained in the Examples and Comparative Examples.

Условия адсорбционной очистки включали температуру адсорбции 20°С, часовую объемную скорость на единицу объема при адсорбции 800 ч-1 давление адсорбции, равное нормальному давлению и 0,2 МПа соответственно.The adsorption purification conditions included an adsorption temperature of 20°C, an hourly space velocity per unit volume at an adsorption of 800 h -1 , an adsorption pressure equal to normal pressure and 0.2 MPa, respectively.

Время проникновения устанавливали, когда концентрация SO2 на выходе адсорбера достигала 50 мг/м3, конкретные результаты измерений приведены в таблице 1.The penetration time was set when the SO 2 concentration at the adsorber outlet reached 50 mg/m 3 ; specific measurement results are shown in Table 1.

Как видно из таблицы 1, адсорбирующие SO2 материалы, предлагаемые в соответствии с настоящим изобретением, обладают высокой адсорбционной емкостью по SO2, и их адсорбционная емкостью по SO2 выше, чем у имеющихся в продаже активированного угля и материалов MOF при тех же условиях адсорбции в пределах времени проникновения; в частности, при этом часть адсорбирующих материалов имеет адсорбционную емкость по SO2, которая в 2,3 раза или более превышает эту величину для имеющегося в продаже активированного угля или в 2 раза или более превышает эту величину для материалов MOF.As can be seen from Table 1, the SO 2 adsorbing materials of the present invention have high SO 2 adsorption capacity, and their SO 2 adsorption capacity is higher than that of commercially available activated carbon and MOF materials under the same adsorption conditions within the penetration time; in particular, some of the adsorbent materials have an SO 2 adsorption capacity that is 2.3 times or more that of commercially available activated carbon or 2 times or more that of MOF materials.

В частности, как показано при сравнении примеров 1-4 и сравнительного примера 3, адсорбционная емкость по SO2 значительно снижается, когда вводимое количество сульфита превышает 10 масс. %; особенно предпочтительно, что адсорбирующий SO2 материал имеет более высокую адсорбционную способность, когда количество вводимого сульфита (например, сульфита натрия) составляет 2-7 масс. %.In particular, as shown by comparing Examples 1-4 and Comparative Example 3, the SO 2 adsorption capacity is significantly reduced when the input amount of sulfite exceeds 10 wt. %; It is especially preferable that the SO 2 adsorbing material has a higher adsorption capacity when the amount of introduced sulfite (eg sodium sulfite) is 2-7 mass. %.

Испытательный пример 2Test case 2

Проводили испытания адсорбционных свойств адсорбирующих SO2 материалов, полученных в примерах и сравнительных примерах, соответственно, при различных условиях давления и температуры.Tests were carried out on the adsorption properties of the SO 2 adsorbing materials obtained in the Examples and Comparative Examples, respectively, under various conditions of pressure and temperature.

При этом содержащий SO2 дымовой газ, подлежащий очистке, представлял собой дымовой газ S-Zorb, содержащий водяной пар, в котором содержание SO2 составляло 2 об.%, а содержание водяного пара составляло 4 об.%.Here, the SO2 - containing flue gas to be purified was an S-Zorb steam-containing flue gas in which the SO2 content was 2 vol.% and the water vapor content was 4 vol.%.

Условия адсорбционной очистки включали часовую объемную скорость на единицу объема при адсорбции 1000 ч-1, а значения давления адсорбции и температуры конкретно указаны ниже в таблице 2.The adsorption purification conditions included hourly space velocity per unit volume at 1000 h -1 adsorption, and the adsorption pressure and temperature values are specifically listed below in Table 2.

Время проникновения устанавливали, когда концентрация SO2 на выходе адсорбера достигала 50 мг/м3. В настоящем описании в качестве примера представлены результаты испытания для адсорбирующих SO2 материалов, полученных в примере 1 и сравнительном примере 5, конкретные результаты испытаний показаны в таблице 2 и таблице 3, соответственно.The penetration time was set when the SO 2 concentration at the adsorber outlet reached 50 mg/m 3 . In the present description, the test results for the SO 2 adsorbent materials obtained in Example 1 and Comparative Example 5 are presented as an example, and the specific test results are shown in Table 2 and Table 3, respectively.

Как видно из сравнения результатов в таблице 2 и таблице 3, адсорбирующие SO2 материалы, предусмотренные настоящим изобретением, обладают высокой адсорбционной емкостью по SO2.As can be seen from a comparison of the results in Table 2 and Table 3, the SO 2 adsorbent materials of the present invention have a high SO 2 adsorption capacity.

Кроме того, как показано в таблице 2, адсорбционная емкость по SO2 адсорбирующего материала по настоящему изобретению может быть увеличена в 1,7-3,5 раза в условиях, состоящих из той же температуры и повышенного давления, в то время как температура в пределах 5-25°С при том же давлении не оказывает заметного влияния на адсорбционную емкость по SO2 адсорбирующего материала.In addition, as shown in Table 2, the SO 2 adsorption capacity of the adsorbent material of the present invention can be increased by 1.7 to 3.5 times under conditions consisting of the same temperature and elevated pressure, while the temperature is within 5-25°C at the same pressure does not have a noticeable effect on the adsorption capacity for SO 2 of the adsorbent material.

Испытательный пример 3Test case 3

Были измерены циклические адсорбционно-десорбционные свойства адсорбирующих материалов, полученных в примерах и сравнительных примерах.The cyclic adsorption-desorption properties of the adsorbent materials obtained in the Examples and Comparative Examples were measured.

При этом содержащий SO2 дымовой газ, подлежащий очистке, представлял собой дымовой газ S-Zorb, содержащий водяной пар, в котором содержание SO2 составляло 5 об.%, а содержание водяного пара составляло 4 об.%.Here, the SO2 - containing flue gas to be purified was an S-Zorb steam-containing flue gas in which the SO2 content was 5% by volume and the steam content was 4% by volume.

Условия адсорбционной обработки включали: температуру адсорбции 20°С, часовую объемную скорость адсорбции на единицу объема 400 ч-1 и давление адсорбции 0,2 МПа.The adsorption treatment conditions included: adsorption temperature of 20°C, hourly adsorption space velocity per unit volume of 400 h -1 and adsorption pressure of 0.2 MPa.

Время проникновения устанавливали, когда концентрация SO2 на выходе адсорбера достигала 50 мг/м3.The penetration time was set when the SO 2 concentration at the adsorber outlet reached 50 mg/m 3 .

Адсорбирующие SO2 материалы после адсорбционной обработки подвергали десорбционной обработке при 120°С в атмосфере газообразного азота и проводили 30 циклов адсорбционно-десорбционных испытаний.SO 2 adsorbing materials after adsorption treatment were subjected to desorption treatment at 120°C in an atmosphere of nitrogen gas and 30 cycles of adsorption-desorption tests were carried out.

В настоящем описании в качестве примера представлены результаты испытаний циклической адсорбции-десорбции материала MOF-5, адсорбирующего материала L1, полученного в примере 1, и адсорбирующего D1, полученного в сравнительном примере 1, конкретные результаты показаны на фиг. 1.In the present description, the results of cyclic adsorption-desorption tests of the material MOF-5, the adsorbent material L1 obtained in Example 1, and the adsorbent D1 obtained in Comparative Example 1 are presented as an example, the specific results are shown in FIG. 1.

Как видно из фиг. 1, адсорбирующие SO2 материалы, представленные в настоящем изобретении, обладают превосходной адсорбционной емкостью по SO2, их адсорбционная емкость явно не снижается в присутствии водяного пара и демонстрирует превосходную эффективность рециркуляции, и адсорбционная емкость по SO2 может поддерживаться на уровне 85 масс. % или более от начальной адсорбционной емкости после 30 циклов адсорбционно-десорбционных испытаний. Напротив, адсорбционная емкость по SO2 как материала MOF-5, так и адсорбционного материала D1, полученного в сравнительном примере 1, заметно и значительно снижается во время циклических испытаний.As can be seen from Fig. 1, the SO 2 adsorbing materials presented in the present invention have excellent SO 2 adsorption capacity, their adsorption capacity is not obviously reduced in the presence of water vapor and exhibit excellent recycling efficiency, and the SO 2 adsorption capacity can be maintained at 85 mass. % or more of the initial adsorption capacity after 30 cycles of adsorption-desorption tests. In contrast, the SO 2 adsorption capacity of both the MOF-5 material and the D1 adsorption material obtained in Comparative Example 1 was noticeably and significantly reduced during cyclic testing.

Подводя итог, можно сказать, что адсорбирующие SO2 материалы, предложенные в настоящем изобретении, обладают превосходной адсорбционной емкостью по SO2, особенно в условиях дымового газа, содержащего водяной пар, их адсорбционная емкость явно не снижается в присутствии водяного пара, и они проявляют требуемый эффект физической адсорбции SO2 в содержащих водяной пар дымовых газах; адсорбционная емкость по SO2 выше, чем у выпускаемых в промышленности активированного угля и MOF материалов при тех же условиях адсорбции в пределах времени проникновения; кроме того, адсорбирующие SO2 материалы, предусмотренные настоящим изобретением, можно регенерировать путем нагревания и десорбции, и адсорбционная емкость все еще остается на относительно высоком уровне после множества циклов адсорбции-десорбции, например, адсорбционная емкость по SO2 может поддерживаться на уровне 85 масс. % или более от начальной адсорбционной емкости после 30 циклов адсорбционно-десорбционных испытаний, таким образом, адсорбирующие SO2 материалы имеют широкую перспективу применения.To summarize, the SO 2 adsorbing materials proposed in the present invention have excellent SO 2 adsorption capacity, especially under flue gas conditions containing water vapor, their adsorption capacity is not obviously reduced in the presence of water vapor, and they exhibit the required the effect of physical adsorption of SO 2 in flue gases containing water vapor; the adsorption capacity for SO 2 is higher than that of commercially produced activated carbon and MOF materials under the same adsorption conditions within the penetration time; In addition, the SO 2 adsorbing materials provided by the present invention can be regenerated by heating and desorption, and the adsorption capacity still remains at a relatively high level after many adsorption-desorption cycles, for example, the SO 2 adsorption capacity can be maintained at 85 mass. % or more of the initial adsorption capacity after 30 cycles of adsorption-desorption tests, thus SO 2 adsorbing materials have a wide application prospect.

Выше подробно описаны предпочтительные воплощения настоящего изобретения, но настоящее изобретение ими не ограничивается. Могут быть выполнены различные простые модификации в отношении технических решений настоящего изобретения в рамках технической концепции настоящего изобретения, включая сочетание отдельных технических признаков любым другим подходящим образом, такие простые модификации и их сочетания должны также рассматриваться как раскрытые в настоящем описании, и каждое из них подпадает под объем защиты настоящего изобретения.Preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, but the present invention is not limited to them. Various simple modifications may be made to the technical solutions of the present invention within the technical concept of the present invention, including the combination of individual technical features in any other suitable manner, such simple modifications and combinations thereof are also to be considered as disclosed in the present description, and each of them falls under scope of protection of the present invention.

Claims (19)

1. Адсорбирующий SO2 материал, содержащий карбонизованный металлоорганический каркасный материал и сульфит, нанесенный на карбонизованный металлоорганический каркасный материал, причем карбонизованный металлоорганический каркасный материал представляет собой карбонизованный материал, полученный путем обработки металлоорганического каркасного материала карбонизацией, при этом введенное количество сульфита составляет не выше 10 масс.% в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.1. An SO 2 adsorbing material containing a carbonized metal-organic framework material and sulfite deposited on the carbonized metal-organic framework material, wherein the carbonized metal-organic framework material is a carbonized material obtained by treating the metal-organic framework material with carbonization, and the introduced amount of sulfite is not more than 10 mass .% based on the total mass of SO 2 adsorbing material. 2. Адсорбирующий SO2 материал по п.1, в котором количество введенного сульфита составляет 2-7 масс.% в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала, предпочтительно сульфит представляет собой сульфит натрия и/или сульфит калия.2. The SO 2 adsorbent material according to claim 1, wherein the amount of sulfite introduced is 2-7 wt.% based on the total weight of the SO 2 adsorbent material, preferably the sulfite is sodium sulfite and/or potassium sulfite. 3. Адсорбирующий SO2 материал по п.1 или 2, в котором указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал имеет регулярную, пористую и сетчатую топологическую структуру с насыпной плотностью 0,2-0,35 г/см3, удельной поверхностью 1000-2700 м2/г, объемом пор 1-3,8 см3/г и отношением (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,16-3,5; предпочтительно указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал имеет регулярную, пористую и сетчатую топологическую структуру с насыпной плотностью 0,22-0,33 г/см3, удельной поверхностью 1025-2650 м2/г, объемом пор 1,06-3,7 см3/г и отношением (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 2,3-3,5.3. SO 2 adsorbing material according to claim 1 or 2, in which said carbonized metal-organic frame material has a regular, porous and network topological structure with a bulk density of 0.2-0.35 g/cm 3 and a specific surface area of 1000-2700 m 2 /g, pore volume 1-3.8 cm 3 /g and ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.16-3.5; preferably, said carbonized metal-organic frame material has a regular, porous and network topological structure with a bulk density of 0.22-0.33 g/cm 3 , a specific surface area of 1025-2650 m 2 /g, and a pore volume of 1.06-3.7 cm 3 /g and the ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 2.3-3.5. 4. Адсорбирующий SO2 материал по любому из пп.1-3, где адсорбирующий SO2 материал имеет насыпную плотность 0,2-0,39 г/см3, удельную поверхность 1000-2700 м2/г, объем пор 1-3,7 см3/г и отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 0,21-3,5; предпочтительно адсорбирующий SO2 материал имеет насыпную плотность 0,21-0,35 г/см3, удельную поверхность 2000-2650 м2/г, объем пор 2,8-3,7 см3/г и отношение (объем макропор + объем мезопор)/объем микропор = 2,3-3,5.4. SO 2 adsorbing material according to any one of claims 1-3, where the SO 2 adsorbing material has a bulk density of 0.2-0.39 g/cm 3 , a specific surface area of 1000-2700 m 2 /g, and a pore volume of 1-3 .7 cm 3 /g and the ratio (macropore volume + mesopore volume)/micropore volume = 0.21-3.5; preferably, the SO 2 adsorbing material has a bulk density of 0.21-0.35 g/cm 3 , a specific surface area of 2000-2650 m 2 /g, a pore volume of 2.8-3.7 cm 3 /g and a ratio (macropore volume + volume mesopores)/micropore volume = 2.3-3.5. 5. Адсорбирующий SO2 материал по любому из пп.1-4, в котором металлоорганический каркасный материал представляет собой металлоорганический каркасный материал на основе цинка; предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 и ZIF-20; предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой MOF-5, имеющий удельную поверхность 1500-1700 м2/г и объем пор 1-1,15 см3/г.5. The SO 2 adsorbing material according to any one of claims 1 to 4, wherein the metal-organic framework material is a zinc-based metal-organic framework material; preferably the metal-organic framework material is at least one selected from the group consisting of MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 and ZIF-20; preferably the metal-organic framework material is MOF-5 having a specific surface area of 1500-1700 m 2 /g and a pore volume of 1-1.15 cm 3 /g. 6. Адсорбирующий SO2 материал по любому из пп.1-5, где обработка карбонизацией проведена в защитной атмосфере при температуре карбонизации 900-1150°C в течение времени карбонизации 5-10 часов.6. SO 2 adsorbing material according to any one of claims 1-5, where the carbonization treatment is carried out in a protective atmosphere at a carbonization temperature of 900-1150°C for a carbonization time of 5-10 hours. 7. Способ получения адсорбирующего SO2 материала, который включает следующие стадии:7. A method for producing SO 2 adsorbing material, which includes the following stages: (1) обработка металлоорганического каркасного материала карбонизацией для удаления по меньшей мере части металлических элементов, содержащихся в металлоорганическом каркасном материале, с получением карбонизованного металлоорганического каркасного материала;(1) treating the metal-organic framework material with carbonization to remove at least a portion of the metal elements contained in the metal-organic framework material to obtain a carbonized metal-organic framework material; (2) нанесение сульфита на карбонизованный металлоорганический каркасный материал с получением адсорбирующего SO2 материала;(2) applying sulfite to a carbonized metal-organic framework material to obtain an SO 2 adsorbing material; при этом указанный карбонизованный металлоорганический каркасный материал и указанный сульфит используют в таком количестве, что количество вводимого сульфита не превышает 10 масс.% в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.wherein said carbonized metal-organic framework material and said sulfite are used in such an amount that the amount of introduced sulfite does not exceed 10 wt.% based on the total weight of the SO 2 adsorbing material. 8. Способ по п.7, в котором количество вводимого сульфита составляет 2-7 масс.% в расчете на общую массу адсорбирующего SO2 материала.8. The method according to claim 7, in which the amount of introduced sulfite is 2-7 wt.% based on the total weight of the SO 2 adsorbing material. 9. Способ по п.7 или 8, в котором обработку карбонизацией на стадии (1) проводят в защитной атмосфере при температуре карбонизации 900-1150°C в течение времени карбонизации 5-10 часов. 9. The method according to claim 7 or 8, in which the carbonization treatment in step (1) is carried out in a protective atmosphere at a carbonization temperature of 900-1150°C for a carbonization time of 5-10 hours. 10. Способ по любому из пп.7-9, в котором режимы нанесения сульфита на карбонизированный металлоорганический каркасный материал на стадии (2) включают пропитку карбонизированного металлоорганического каркасного материала раствором сульфита и сушку пропитанного карбонизированного металлоорганического каркасного материала для удаления растворителя; предпочтительно раствор сульфита имеет массовую концентрацию менее 6%; предпочтительно сушку проводят в инертной атмосфере, температура сушки составляет 100-120°С, а время сушки составляет 6-10 часов.10. The method according to any one of claims 7 to 9, wherein the modes of applying sulfite to the carbonized metal-organic framework material in step (2) include impregnation of the carbonized metal-organic framework material with a sulfite solution and drying the impregnated carbonated metal-organic framework material to remove the solvent; preferably the sulfite solution has a mass concentration of less than 6%; preferably, drying is carried out in an inert atmosphere, the drying temperature is 100-120°C, and the drying time is 6-10 hours. 11. Способ по любому из пп.7-10, в котором сульфит представляет собой сульфит натрия и/или сульфит калия.11. Method according to any one of claims 7 to 10, wherein the sulfite is sodium sulfite and/or potassium sulfite. 12. Способ по любому из пп.7-11, в котором металлоорганический каркасный материал выбран из металлоорганических каркасных материалов на основе цинка; предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой по меньшей мере один материал, выбранный из группы, состоящей из MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 и ZIF-20; предпочтительно металлоорганический каркасный материал представляет собой MOF-5, имеющий удельную поверхность 1500-1700 м2/г и объем пор 1-1,15 см3/г.12. The method according to any one of claims 7 to 11, in which the metal-organic framework material is selected from zinc-based metal-organic framework materials; preferably the metal-organic framework material is at least one selected from the group consisting of MOF-5, MOF-74, ZIF-8, ZIF-7 and ZIF-20; preferably the metal-organic framework material is MOF-5 having a specific surface area of 1500-1700 m 2 /g and a pore volume of 1-1.15 cm 3 /g. 13. Адсорбирующий SO2 материал, полученный способом по любому из пп.7-12. 13. SO 2 adsorbing material obtained by the method according to any one of claims 7-12. 14. Применение адсорбирующего SO2 материала по любому из пп.1-6 и 13 в области десульфурации.14. Use of SO 2 adsorbing material according to any one of claims 1 to 6 and 13 in the field of desulfurization. 15. Способ удаления SO2 из содержащего SO2 дымового газа, включающий стадию приведения адсорбирующего SO2 материала в контакт с содержащим SO2 дымовым газом, подлежащим обработке для адсорбционной очистки, при этом указанный адсорбирующий SO2 материал представляет собой адсорбирующий SO2 материал по любому из пп.1-6 и 13.15. A method for removing SO 2 from an SO 2 containing flue gas, comprising the step of bringing an SO 2 adsorbent material into contact with an SO 2 containing flue gas to be treated for adsorption purification, wherein said SO 2 adsorbing material is an SO 2 adsorbing material according to any from paragraphs 1-6 and 13. 16. Способ по п.15, в котором условия адсорбционной обработки включают: температуру адсорбции 5-25°C, часовую объемную скорость адсорбции на единицу объема 100-1000 ч-1 и давление адсорбции 0-0,3 МПа; предпочтительно содержащий SO2 дымовой газ, подлежащий очистке, содержит SO2 в объемном содержании 1-5% и водяной пар в объемном содержании 1-4%.16. The method according to claim 15, in which the adsorption treatment conditions include: adsorption temperature 5-25°C, hourly adsorption volumetric rate per unit volume 100-1000 h -1 and adsorption pressure 0-0.3 MPa; preferably the SO 2 -containing flue gas to be purified contains SO 2 at a volume content of 1-5% and water vapor at a volume content of 1-4%.
RU2022114696A 2019-10-31 2020-10-27 So2 adsorbent material, production method and use thereof, and method for removing so2 from flue gas containing so2 RU2802727C1 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911048429.7 2019-10-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802727C1 true RU2802727C1 (en) 2023-08-31

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5770537A (en) * 1995-12-04 1998-06-23 General Electric Company Low-temperature method to regenerate carbon loaded with sulfur compounds
CN105727736A (en) * 2016-01-28 2016-07-06 内蒙古大学 Method for removing sulfur dioxide through catalyst prepared from metal organic framework material
RU2705340C2 (en) * 2014-12-23 2019-11-06 ЭкссонМобил Рисерч энд Энджиниринг Компани Adsorbing materials and methods for use thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5770537A (en) * 1995-12-04 1998-06-23 General Electric Company Low-temperature method to regenerate carbon loaded with sulfur compounds
RU2705340C2 (en) * 2014-12-23 2019-11-06 ЭкссонМобил Рисерч энд Энджиниринг Компани Adsorbing materials and methods for use thereof
CN105727736A (en) * 2016-01-28 2016-07-06 内蒙古大学 Method for removing sulfur dioxide through catalyst prepared from metal organic framework material

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
WANG A. et al. N-doped porous carbon derived by direct carbonization of metal-organic complexes crystal materials for SO2 adsorption. Crystal Growth & Design, February 5, 2019, Vol.19, P.1973-1984. WANG A. et al. Nitrogen-doped microporous carbons derived from pyridine ligand-based metal-organic complexes as high-performance SO2 adsorption sorbents. ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, P.1-35. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ozekmekci et al. Use of zeolites for the removal of H2S: A mini-review
Yong et al. Adsorption of carbon dioxide on chemically modified high surface area carbon-based adsorbents at high temperature
An et al. CO2 capture capacities of activated carbon fibre-phenolic resin composites
CN111375382B (en) SO (SO) 2 Adsorbing material and preparation method thereof
RU2451542C2 (en) Carbon dioxide absorbent, method of making said absorbent (versions) and method of using said absorbent
US4325926A (en) Process for removing sulfur dioxide from a gas
RU2802727C1 (en) So2 adsorbent material, production method and use thereof, and method for removing so2 from flue gas containing so2
WO2014066452A1 (en) A reversible sorbent for warm co2 capture by pressure swing adsorption
JP4609961B2 (en) Method for removing sulfur compounds
AU2020377028B2 (en) SO2 adsorption material, preparation method therefor and application thereof, and method for removing SO2 from flue gas containing SO2
CN111375383B (en) SO (SO) device 2 Preparation method and application of adsorption material
CN109111943A (en) Cu2O/SiO2-TiO2The method of thiophene-type sulfide in-GO composite aerogel adsorbing and removing fuel oil
Ba et al. Fine tuning CO2 adsorption and diffusion behaviors in ultra-microporous carbons for favorable CO2 capture at moderate temperature
TWI634929B (en) Improved adsorption of acid gases
Bagreev et al. Carbonaceous materials for gas phase desulfurization: role of surface heterogeneity
RU2244586C1 (en) Carbon dioxide absorber and a method for removing carbon dioxide for gas mixtures
CN114433026B (en) SO (SO) device 2 Adsorption material and preparation method thereof
AU2009323821A1 (en) Process for gas separation
JP2005138038A (en) Organic compound adsorption fibrous activated carbon and exhaust gas treatment apparatus
RU2493906C1 (en) Absorber, method of its production (versions) and method of carbon dioxide removal from gas mixes
KR20190084512A (en) NOx Adsorbent in Which Copper Oxide And Barium Oxide Are Co-Impregnated And Method of Removing NOx Using the Same
CN113083231B (en) Preparation method and application of porous carbon adsorbent for deeply removing hydrogen sulfide
KR101957980B1 (en) Prcess for preparing carbon dioxide sorbent utilizing alkali metal salts and carbon dioxide capture module containing the adsorbent
Sunnatullayevna TECHNOLOGIES OF ADSORPTION DRYING OF HYDROCARBON GASES FROM SULFUR AND CARBON DIOXIDE ON ADSORBENTS CONTAINING ZEOLITE CaX
Daraee et al. The Role of Different Adsorbents in the Removal of Sulfur Compounds from Gas or Liquid Fuels