【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及气体纯化用催化吸附剂，具体涉及一种多级孔金属基催化吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、在现有技术中，传统的金属基催化吸附剂往往存在孔结构单一的问题。例如，一些仅具有微孔结构的吸附剂，虽然微孔具有较大的比表面积，对小分子物质有较好的吸附能力，但对于大分子反应物或产物，扩散阻力较大，容易导致催化剂的活性位点无法充分利用，并且容易造成孔道堵塞，使催化剂失活较快。而仅具有大孔或介孔结构的吸附剂，例如中国专利cn118649703a中公开了一种基于介孔载体的负载型催化剂及其制备方法，以嵌段共聚物为模板，制备得到催化剂前驱体，再将催化剂前驱体、金属盐溶液、β-环糊精混合搅拌得到介孔载体的负载型催化剂，其比表面积相对较小，吸附容量有限，同样难以满足复杂反应体系的需求。
2、此外，在制备金属基催化吸附剂时，活性金属组分的分散性也是一个难点问题。若活性金属在载体上分散不均匀，容易形成团聚体，一方面降低了活性金属的有效利用率，另一方面团聚的金属颗粒可能改变反应的选择性，甚至引发副反应，降低催化吸附剂的整体性能。
3、溶胶凝胶法是一种常用的材料制备方法，它能够在溶液中使金属前驱体均匀混合，并通过水解、缩合等反应形成凝胶网络结构。然而，单纯的溶胶凝胶法难以精确控制材料的多级孔结构。软模板法则是利用一些具有自组装能力的软模板剂，如表面活性剂、嵌段共聚物等，在溶液中形成特定的有序结构，引导材料的生长和孔结构的形成，。但软模板法单独使用时，可能存在模板剂去除不完全，影响材料性能，以及对金属活性组分的分散性调控不够精
技术实现思路
1、因此，为了解决现有技术中的问题，本专利技术结合溶胶凝胶法和软模板法优势的提出了一种一体化制备方法，可制备出具有多级孔结构、活性金属组分高度分散的金属基催化吸附剂。具体方案如下：
2、一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
3、步骤1:在搅拌条件下，向0.08-0.09g/ml金属前驱体的乙醇溶液中缓慢加入软模板剂，搅拌直至完全溶解，形成均匀溶液a；
4、步骤2：将正硅酸乙酯(teos)缓慢加入到酸催化剂的乙醇溶液中，在30-50℃下搅拌进行水解1-3h，得到溶液b，所述酸催化剂的乙醇溶液与金属前驱体的乙醇溶液的体积比为1-1.05:1，所述正硅酸乙酯与金属前驱体的质量比为1:0.15-0.30；
5、步骤3：将溶液b、表面活性剂和螯合剂同时缓慢加入溶液a中，添加完后在30-50℃下继续搅拌2-5h使其反应形成凝胶；
6、步骤4：将步骤3得到的凝胶置于密闭容器中并在50-80℃下老化12-24h，在老化8-12h时向其中滴加碱催化剂，老化完成后在80-120℃的烘箱中干燥12-24h，得到干燥后样品；
7、步骤5：将干燥后样品在氮气或氩气气氛下进行一次焙烧，一次焙烧的温度为300-400℃，焙烧时间为3-8h，气体流速为30-80ml/min；随后在空气气氛下进行二次焙烧，二次焙烧温度为500-700℃，焙烧时间为2-5h，得到多级孔金属基催化吸附剂。
8、进一步地，步骤1中所述金属前驱体为可溶性钙盐、可溶性镍盐、可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性铕盐中的一种或多种。
9、进一步地，所述可溶性钙盐、可溶性镍盐、可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性铕盐为硝酸盐、草酸盐、醋酸盐、碳酸盐中的一种或多种。
10、进一步地，步骤1中所述软模板剂为聚苯乙烯、十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、嵌段共聚物中的一种或多种，所述软模板剂与所述正硅酸乙酯的质量比为0.075-0.15：1。
11、进一步地，步骤2中所述酸催化剂为30％的盐酸，所述酸催化剂的乙醇溶液中30％的盐酸和乙醇的体积比为0.028-0.035:1。
12、进一步地，步骤3中所述表面活性剂为月桂酰谷氨酸、海藻酸钠、聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种，所述表面活性剂加入后的浓度为0.07-0.1g/ml。
13、进一步地，步骤3中所述螯合剂为柠檬酸三乙酯、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、葡萄糖酸钠中的一种或多种，所述螯合剂加入后的浓度为0.14-0.2g/ml。
14、进一步地，步骤4中所述碱催化剂为氨水，氨水与所述凝胶的体积比为1:40-42。
15、根据上述方法制备得到的多级孔金属基催化吸附剂，包括金属基颗粒和催化吸附剂载体，所述金属基颗粒为钙、镍、镁、铁、铕及其对应金属氧化物中的一种或多种，所述催化吸附剂载体具有微孔、介孔和大孔结构，其中微孔孔径为0.5-2nm，介孔孔径为3-50nm，大孔孔径为200-1000nm，所述微孔占比60-80％，介孔占比15-35％，大孔占比5-25％，所述多级孔金属基催化吸附剂的比表面积大于130m2/g，孔容积大于0.4cc/g。
16、上述多级孔金属基催化吸附剂可应用于气体纯化，具体用于脱除氢气和惰性气体中h2o、o2、co、co2。
17、本专利技术的有益效果为：
18、(1)本专利技术的制备方法中，在形成凝胶前先加入模板剂，模板剂分子能够较为均匀地分散在初始溶液中，随着前驱体发生水解、缩聚等反应逐步形成凝胶，模板剂所占据的空间会引导形成围绕其分布的孔结构，更利于精准控制孔径大小和分布情况。且先加模板剂能使其充分与前驱体相互作用，在前驱体水解缩聚的整个过程中都起到引导孔形成的作用，可最大程度地发挥其模板功效，使得最终的催化吸附剂介孔结构更接近模板剂所设计的理想状态，保证较高的模板利用率，有效提升孔的规整性和比表面积等性能指标。
19、(2)另外，co、co2、h2o、o2等杂质气体的动力学直径均为0.2-0.4nm，因此在老化过程中，适量加入氨水，可促使形成微孔，而微孔的比表面积在三种孔结构中最大，能提供最多的催化吸附活性位点，增加比表面积和孔容，提高了催化吸附剂对不同大小分子的吸附和催化能力；此外，氨水有助于前驱体及形成的颗粒在溶液中均匀分散，防止团聚，使制备的催化吸附剂具有更均匀的孔结构和活性位点分布，提高其催化吸附性能的一致性和稳定性；另外，氨水作为催化剂，能加快前驱体的水解缩聚反应速度，使反应在较短时间内达到所需的凝胶状态，提高制备效率。
20、(3)本专利技术的制备方法与传统的高温固相反应等制备方法相比，溶胶凝胶法通常在较低的温度下进行反应，减少了能源消耗，且对设备的要求相对较低。软模板的使用进一步降低了制备过程中的苛刻条件，避免了因高温等条件导致的活性组分烧结、载体结构破坏等问题，有利于保持催化吸附剂的性能。
21、(4)通过本专利技术的方法制备得到的多级孔金属基催化吸附剂(i)孔结构特性优良包括微孔、介孔和大孔等不同尺度的多级孔结构，增大了比表面积，提供了更多的活性位点，有利于反应物分子的吸附和产物分子的脱附，从而提高催化吸附剂的活性。同时，孔道分布均匀且孔径大小可调控，能够根据不同的反应需求本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多级孔金属基催化吸附剂，其特征在于，包括金属基颗粒和催化吸附剂载体，所述金属基颗粒为钙、镍、镁、铁、铕及其对应金属氧化物中的一种或多种，所述催化吸附剂载体具有微孔、介孔和大孔结构，其中微孔孔径为0.5-2nm，介孔孔径为3-50nm，大孔孔径为200-1000nm，所述微孔占比60-80％，介孔占比15-35％，大孔占比5-25％，所述多级孔金属基催化吸附剂的比表面积大于130m2/g，孔容积大于0.4cc/g。
2.根据权利要求1所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述金属前驱体为可溶性钙盐、可溶性镍盐、可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性铕盐中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体为硝酸盐、草酸盐、醋酸盐、碳酸盐中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述软模板剂为聚苯乙烯、十二烷基硫酸
6.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤2中所述酸催化剂为30％的盐酸，所述酸催化剂的乙醇溶液中30％的盐酸和乙醇的体积比为0.028-0.035:1。
7.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤3中所述表面活性剂为月桂酰谷氨酸、海藻酸钠、聚乙烯醇、脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种，所述表面活性剂加入后的浓度为0.07-0.1g/mL。
8.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤3中所述螯合剂为柠檬酸三乙酯、乙二胺四乙酸二钠、柠檬酸、葡萄糖酸钠中的一种或多种，所述螯合剂加入后的浓度为0.14-0.2g/mL。
9.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤4中所述碱催化剂为氨水，氨水与所述凝胶的体积比为1:40-42。
10.根据权利要求1所述的一种多级孔金属基催化吸附剂在气体纯化方面的应用，其特征在于，用于脱除氢气和惰性气体中的H2O、O2、CO、CO2。
...【技术特征摘要】
1.一种多级孔金属基催化吸附剂，其特征在于，包括金属基颗粒和催化吸附剂载体，所述金属基颗粒为钙、镍、镁、铁、铕及其对应金属氧化物中的一种或多种，所述催化吸附剂载体具有微孔、介孔和大孔结构，其中微孔孔径为0.5-2nm，介孔孔径为3-50nm，大孔孔径为200-1000nm，所述微孔占比60-80％，介孔占比15-35％，大孔占比5-25％，所述多级孔金属基催化吸附剂的比表面积大于130m2/g，孔容积大于0.4cc/g。
2.根据权利要求1所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述金属前驱体为可溶性钙盐、可溶性镍盐、可溶性镁盐、可溶性铁盐、可溶性铕盐中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体为硝酸盐、草酸盐、醋酸盐、碳酸盐中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的一种多级孔金属基催化吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤1中所述软模板剂为聚苯乙烯、十二烷基硫酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、嵌段共聚物中的一种或多种，所述软模板剂与...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷朝辉，李帅，于庆河，杜淼，米菁，郝雷，
申请(专利权)人：有研工程技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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