一种氧气选择性吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氧气选择性吸附剂及其制备方法和应用，所述吸附剂包含有机配体修饰的铈分子筛；所述铈分子筛为经过Ce

【技术实现步骤摘要】
一种氧气选择性吸附剂及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及一种吸附剂及其制备方法和应用，属于化学材料领域。

技术介绍

[0002]氮气和氧气作为需要大量生产的化学物质，它们可以用于很多化学处理过程如精炼、冶金等操作。从空气中将氮氧两种气体分离开的过程也叫做空气分离，简称空分。然而氧、氮分子的尺寸十分接近，但具有差异较为明显的沸点，因此，利用沸点差异的深冷分离法是较为有效的。事实上，在目前的氮氧生产中，低温处理过程所占比重也是最大的，约为70％，是目前大规模生产最为经济的方法，但是，低温处理装置复杂，且耗能巨大。然而随着变压吸附技术的出现，在常温常压下操作的工艺简单、能耗低的吸附过程成为了研究者们关注的重点。
[0003]从空气中选择性吸附氮气或者氧气都有着十分重要的利用价值，目前而言选择性吸附氮气从而制氧的吸附剂是更加普遍的，然而选择性吸附氧气制氮的吸附剂的研究则有待进一步被研究。而分子筛作为一种通常优先选择氮气的吸附剂，由于制备工艺成熟且结构稳定，以其为基础的氧气选择性吸附剂具有很好的应用前景。

技术实现思路

[0004]根据本身的第一方面，提供一种氧气选择性吸附剂。在分子筛内部利用金属铈离子与有机配体发生键合的方式改性，利用内部产生的配位不饱和金属位点与氧气相互作用更强的特点，将原本优先吸附氮气的分子筛转变为优先吸附氧气的新型吸附剂。
[0005]一种氧气选择性吸附剂，包含有机配体修饰的铈分子筛；
[0006]所述铈分子筛为经过Ce
3+
交换后的分子筛。
[0007]可选地，所述有机配体选自羧酸类化合物、含氮配体中的至少一种。
[0008]可选地，所述羧酸类化合物选自C7
‑
C18的芳香族羧酸；且至少一个羧基和苯环直接相连。
[0009]可选地，所述羧酸类化合物选自C7
‑
C15的芳香族羧酸。
[0010]可选地，所述羧酸类化合物选自C7
‑
C19的芳香族羧酸.
[0011]可选地，所述羧酸类化合物选自苯甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸中的至少一种。
[0012]可选地，所述含氮配体选自吡啶类化合物、嗪类化合物、唑类化合物、腈类化合物中的中的至少一种。
[0013]可选地，所述吡啶类化合物选自吡啶、如式(I)所示的化合物中的至少一种；
[0014][0015]其中，R1选自C1
‑
C4的烷基、甲氨基、羟基、卤素。
[0016]所述嗪类化合物选自吡嗪、1,3,5
‑
三嗪、如式(II)所示的化合物中的至少一种；
[0017][0018]其中，R2选自C1
‑
C4的烷基、甲氧基、氰基、卤素。
[0019]所述唑类化合物选自咪唑、如式(III)所示的化合物、如式(IV)所示的化合物、吡唑、如式(V)所示的化合物、1H
‑
1,2,3
‑
三氮唑、2H
‑
1,2,3
‑
三氮唑、1,2,4
‑
三氮唑、如式(VI)所示的化合物、四氮唑、如式(VII)所示的化合物中的至少一种；
[0020][0021][0022]其中，R3、R4、R5、R6、R7独立地选自C1
‑
C3的烷基。
[0023]所述腈类化合物选自乙腈、如式(VIII)所示的化合物中的至少一种；中的至少一种；
[0024][0025]其中，R8选自C1
‑
C5的烃基、C6
‑
C10的芳基、卤素。
[0026]可选地，所述吡啶类化合物选自4
‑
乙基吡啶、2
‑
(甲氨基)吡啶、2
‑
氟吡啶、2
‑
羟基吡啶中的至少一种。
[0027]可选地，所述嗪类化合物选自2
‑
氯吡嗪、2
‑
乙基吡嗪、2
‑
甲氧基吡嗪、2
‑
氰基吡嗪中的至少一种。
[0028]可选地，所述唑类化合物选自1
‑
甲基咪唑、2
‑
甲基咪唑、2
‑
丙基咪唑、2
‑
甲基吡唑、1
‑
甲基
‑
1,2,4
‑
三氮唑、5
‑
甲基四唑中的至少一种。
[0029]可选地，所述腈类化合物选自氟乙腈、氯乙腈、4
‑
苯基丁腈、2
‑
丁烯腈中的至少一种。
[0030]可选地，所述铈分子筛为经过Ce
3+
交换后的分子筛。
[0031]可选地，所述分子筛选自FAU分子筛、MFI分子筛、MOR分子筛、BETA分子筛、LTA分子筛、CHA分子筛、UFI分子筛、WWT分子筛、AFI分子筛中的至少一种。
[0032]可选地，所述分子筛选自MFI分子筛、FAU分子筛、LTA分子筛、UFI分子筛、CHA分子筛、BETA分子筛中的至少一种。
[0033]本申请不对分子筛作严格的限制，原则上，只要孔道内能进入氧气和氮气的分子筛均可以，即所述分子筛可以是任意尺寸合适的硅铝沸石分子筛。
[0034]根据本申请的第二方面，提供了一种上述吸附剂的制备方法。本申请所述吸附剂为有机配体与分子筛中Ce
3+
进行结合从而对分子筛进行内部修饰，利用分子筛的限域作用在分子筛内部产生配位不饱和的Ce(III)位点，所使用有机配体均为单纯化合物分子。
[0035]上述所述的吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0036](1)获取铈分子筛；
[0037](2)将所述铈分子筛与含有机配体的溶液反应，得到所述吸附剂。
[0038]可选地，步骤(1)包括：
[0039]将分子筛在含有Ce
3+
的溶液中离子交换，得到所述铈分子筛。
[0040]可选地，所述离子交换的条件为：温度30～90℃，时间为2～24h，交换次数为1～5次；
[0041]所述含有Ce
3+
的溶液选自卤化铈溶液、硝酸铈溶液、硫酸铈溶液、乙酸铈溶液中的至少一种；
[0042]所述溶液中，Ce
3+
的浓度为0.1～5mol/L；
[0043]所述离子交换的固液比为1:5～1:100g/mL。
[0044]可选地，所述离子交换的温度为40～80℃。
[0045]可选地，所述离子交换时间为4～20h，交换次数为3次。
[0046]可选地，溶液中，Ce
3+
的浓度为1mol/L。
[0047]可选地，离子交换的固液比为1:50g/mL。
[0048]可选地，步骤(2)中，所述铈分子筛与有机配体的质量比为0.1～20：1。
[0049]可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧气选择性吸附剂，其特征在于，包含有机配体修饰的铈分子筛；所述铈分子筛为经过Ce
3+
交换后的分子筛。2.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述有机配体选自羧酸类化合物、含氮配体中的至少一种。3.根据权利要求2所述的吸附剂，其特征在于，所述羧酸类化合物选自C7
‑
C18的芳香族羧酸；且至少一个羧基和苯环直接相连；优选地，所述羧酸类化合物选自苯甲酸、对苯二甲酸、均苯三甲酸中的至少一种。4.根据权利要求2所述的吸附剂，其特征在于，所述含氮配体选自吡啶类化合物、嗪类化合物、唑类化合物、腈类化合物中的中的至少一种；优选地，所述吡啶类化合物选自吡啶、如式(I)所示的化合物中的至少一种；其中，R1选自C1
‑
C4的烷基、甲氨基、羟基、卤素；所述嗪类化合物选自吡嗪、1,3,5
‑
三嗪、如式(II)所示的化合物中的至少一种；其中，R2选自C1
‑
C4的烷基、甲氧基、氰基、卤素；所述唑类化合物选自咪唑、如式(III)所示的化合物、如式(IV)所示的化合物、吡唑、如式(V)所示的化合物、1H
‑
1,2,3
‑
三氮唑、2H
‑
1,2,3
‑
三氮唑、1,2,4
‑
三氮唑、如式(VI)所示的化合物、四氮唑、如式(VII)所示的化合物中的至少一种；
其中，R3、R4、R5、R6、R7独立地选自C1
‑
C3的烷基；所述腈类化合物选自乙腈、如式(VIII)所示的化合物中的至少一种；中的至少一种；其中，R8选自C1
‑
C5的烃基、C6
‑
C10的芳基、卤素；优选地，所述吡啶类化合物选自4
‑
乙基吡啶、2
‑
(甲氨基)吡啶、2
‑
氟吡啶、2
‑
羟基吡啶中的至少一种；所述嗪类化合物选自2
‑
氯吡嗪、2
‑
乙基吡嗪、2
‑
甲氧基吡嗪、2
‑
氰基吡嗪中的至少一种；所述唑类化合物选自1
‑
甲基咪唑、2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：刘汉邦，徐云鹏，刘中民，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：