用于分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的微孔碳吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了用于分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的微孔碳吸附剂及其制备方法与应用。该步骤为：将催化剂加入到去离子水中配置成pH值为2.5

【技术实现步骤摘要】
用于分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的微孔碳吸附剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及埃米级碳分子筛化学
，具体涉及用于分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的微孔碳吸附剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]基于不同支链程度的烷烃异构体的分离代表了石化行业中一个关键但具有挑战性的过程。在炼油过程中，轻石脑油馏分(主要包括直链的C6烷烃)经催化异构化生成直链(n
‑
HeX)，单支链(3
‑
MP)和双支链(2,2
‑
DMB)的异构体。具有较高支链度的异构体通常具有更高的辛烷值(RON)。例如，3
‑
MP(75)和2,2
‑
DMB(94)的RON远高于其线性异构体正己烷(25)的RON。因此，为了生产具有高RON的汽油，需要从混合物中除去具有低RON的烷烃异构体，并循环回到催化反应器中。C8二甲苯异构体是生产许多重要化学品和聚合物的关键原料，全球每年的产量超过4000万吨。在这些异构体中，对二甲苯(p
‑
X)是大规模生产聚对苯二甲酸乙二醇酯必不可少的单体。到2022年，全球p
‑
X市场收益预计将达到669亿美元。然而，C8二甲苯异构体具有相同的分子式，常规蒸馏方法也不适用于分离沸点差较小的组分(p
‑
X为411.53K，邻二甲苯o
‑
X为417.59K)。因此，C8二甲苯同分异构体的分离十分具有挑战性。
[0003]吸附分离法是分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的一种有效方法，其具有可在常温常压下操作等优点，吸附剂是吸附分离的关键所在。目前，八面沸石在工业中起着主导作用。然而，这类传统的吸附剂具有较低的分离选择性，需要配合复杂的模拟移动床技术。而且用于沸石吸附剂的脱附再生需要消耗大量的能量。为了节省能源并降低成本，人们努力寻求有潜力的新的分离材料。
[0004]目前报道关于分离C6烷烃和C8二甲苯异构体的吸附剂主要有沸石分子筛和金属有机骨架材料(MOFs)。Wang等人报道了仅使用单一吸附剂，钙基微孔金属
‑
有机骨架Ca(H2tcpb)(tcpb＝1,2,4,5
‑
四(4
‑
羧苯基)
‑
苯)，就可以表现出对C6烷烃异构体独特的分子筛分能力，其通过温度的变化可以实现不同的分离效果。具体来说，120℃可以完全分离n
‑
HeX和3MP，60℃可以分离3MP和2,2
‑
DMB烷烃异构体。其中，材料骨架的结构柔韧性和客体分子的结构变化在温度控制的分子筛性能中起着至关重要的作用[Wang H,Dong X,Velasco E,et al.One
‑
of
‑
a
‑
kind:a microporous metal
–
organic framework capable of adsorptive separation of linear,mono
‑
and di
‑
branched alkane isomers via temperature
‑
and adsorbate
‑
dependent molecular sieving[J].Energy&Environmental Science,2018,11(5):1226
‑
1231.]。此外，2020年，Yu等人报道了铝基MOF材料Al
‑
bttotb(H3bttotb＝4,4'，4
″‑
(苯
‑
1,3,5
‑
三基三(氧))三苯甲酸)，其孔径尺寸为0.56nm，正好介于C6烷烃的3MP(0.55nm)和2,2
‑
DMB分子(0.62nm)的动力学直径之间。单组分和多组分吸附实验表明，该材料仅吸附n
‑
HeX和3MP，但完全排斥2,2
‑
DMB异构体，可实现高选择性的筛分分离。吸附等温线测定结果显示对n
‑
HeX和3MP分子的吸附量在常温常压下分别达到151和94mg/g[Splitting Mono
‑
and Dibranched Alkane Isomers by a Robust Aluminum
‑
Based Metal
–
Organic Framework Material with Optimal Pore Dimensions[J].Journal of the American Chemical Society,2020,142(15):6925
‑
6929]。2020年，Cui等人通过使用带有旋转阴离子位点的NbOF
52
‑
金属有机骨架材料NbOFFIVE
‑
bpy
‑
Ni分离二甲苯异构体。具有客体响应纳米空间/位点的ZU
‑
61可以通过几何变形或阴离子位点中氟原子的旋转来适应特定异构体的形状，从而使ZU
‑
61通过多个C
–
H
···
F相互作用。ZU
‑
61既显示出较高的间二甲苯吸收能力(3.4mmol/g)和间二甲苯/对二甲苯的高分离选择性(2.9)。固定床透过实验表明，对二甲苯首先以高纯度(≥99.9％)洗脱，然后是间二甲苯和邻二甲苯。
[0005]尽管这些MOFs材料具有优异的分离选择性，但受到骨架稳定性和高生产成本限制，还难以直接工业化使用。分子筛作为一类结构稳定且孔径均一的材料，已用于工业化生产和应用，其同样展现出对C6和C8异构体分离的潜在优势。例如，David等人使用5A分子筛分离C6烷烃异构体，由于其孔径尺寸(0.50nm)处于n
‑
HeX(0.43nm)和3MP(0.55nm)的动力学直径之间，可以实现两者的筛分分离，固定床透过实验进一步证实了筛分性能，n
‑
HeX一开始就从床层内透过，而3MP接近8分钟后透过，证明其具有较好的动态分离效果。而分子筛的使用仍然具有一定的局限，如吸附容量低，脱附能耗高的问题。
[0006]碳吸附剂作为一类成本低，结构稳定且可规模化生产和使用的吸附剂，已经得到人们的广泛认可，但目前研究生产的碳吸附剂，仍然无法投入到C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的分离体系中，因为其面临着孔径分布很宽，对各个同分异构体的特异性识别能力差，从而造成了很低的分离选择性，使最终的气体产物纯度达不到工业目标要求。

技术实现思路

[0007]有鉴于此，为了克服现有应用所出现的不足，本专利技术提供了可用于筛分分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的碳吸附剂，本专利技术的碳吸附剂具有狭窄本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于分离C6烷烃异构体和C8二甲苯异构体的碳吸附剂的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：(1)反应液的配制：将催化剂加入到去离子水中配置成pH值为2.5
‑
7的水溶液，然后加入六元环单糖，搅拌混合均匀得到反应液，其中所述六元环糖与所述水溶液的质量比为5
‑
15∶100；(2)糖基水合焦的合成：将步骤(1)所得所述反应液在180
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210℃下进行水热反应，反应完成后自然冷却，抽滤保留固体产物，然后水洗干燥，得到糖基水合焦；(3)还原热解制孔：将步骤(2)所得的糖基水合焦在高温炉内惰性气体保护下程序升温至800～1000℃进行热解碳化反应，经程序降温至室温后得到微孔碳吸附剂，所述窄微孔碳吸附剂的孔径为4.8埃米
‑
6.8埃米。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述六元环单体为葡萄糖、果糖、半乳糖和甘露糖中的一种以上。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述催化剂为盐酸、磷酸和硫酸中的一种以上。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述水热反应时间为12
‑
18h。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖静，杜胜君，黄佳武，廖能，黄保林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：