一种生物改性龙须草纤维CMSCH₄浓缩甲烷碳分子筛的制作方法

一种生物改性龙须草纤维CMSCH₄浓缩甲烷碳分子筛的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法：(1)对龙须草纤维进行发酵改性；（2）粘合：将按照质量份数将下述原料混合：取步骤（1）得到的改性龙须草纤维细粉38?55份，10?12份云母粉、植物淀粉22份、15?20份水进行粘合，粘合时间为20min；（3）成型；（4）炭化及调孔处理；（5）活化：将炭化后的产品在浓度为10％浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700℃。
【专利说明】
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛
技术领域
[0001 ]本发明属于高分子化工技术领域，具体涉及一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛。
【背景技术】
[0002]碳分子筛(Carbon Molecular Sieve，CMS)广义上是拥有纳米级超细微孔的一种非极性炭质吸附材质，狭义上是微孔分布较均匀的活性炭，因其由无定形炭与结晶炭组成，所以碳分子筛的孔隙结构很发达，并且具有独特的表面特征。因为CMS的楔形微孔与被吸附分子直径大小接近，大部分是有效微孔，并且具有根据分子大小调整CMS孔径大小的特点，从而具有筛选分子的能力。CMS独特的孔隙结构以及稳定的化学性质使其在化学工业中应用广泛，此外，在氮氢生产、废水处理、环境保护、军事国防、防毒面具等领域也得到广泛的应用。
[0003]制备碳分子筛的原料很多，来源也很广。理论上可由不同的初始材料经过不同的制备工艺，得到孔径大小和分布各异的碳分子筛。实验表明，低灰分产率、高含碳量和高挥发分的原料比较适合制备高性能的碳分子筛。
[0004]现有技术公开过用多种原料制备碳分子筛的方法，但是用龙须草纤维作为主要原料的报道还没有，这是因为龙须草纤维并不符合低灰分产率、高含碳量和高挥发分的要求。龙须草纤维蕴藏于龙须草叶内，属叶纤维类。目前世界上龙须草纤维尚未得到大规模开发应用，龙须草主要用以制浆造纸、水土保持、制作手工编织品。
[0005]很多含甲烷的气体，如煤矿瓦斯气、沼气和垃圾填埋气，含有大量的氮气、二氧化碳、氧气等无用或有害的气体，使其利用效率低或难于利用，为了扩大这类气源的用途并提高其利用效率，常需要进行提浓。在煤矿开采过程中，从矿井抽排出大量瓦斯气，由于混入了大量空气，Φ (CH4)只有20%左右，甚至低于5%，这种低浓度的煤层气含大量的氮气和会带来爆炸危险的氧气。长期以来，因经济、技术、环保意识等种种原因，大量低浓度煤层气因无法利用而被排放到大气中，由于甲烷的温室效应是CO2的21倍，对环境危害很大。开发先进的技术对甲烷浓缩利用，是减少其排放的重要途径。
[0006]本发明旨在提供一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛，通过对龙须草纤维改性生物发酵改性处理，可以制备得到有效提高甲烷成品浓度和回收经济效益的碳分子筛。

【发明内容】

[0007]基于【背景技术】存在的技术问题，本发明针对【背景技术】存在的问题，本发明提供一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛，通过对龙须草纤维改性生物发酵改性处理，可以制备得到有效提高甲烷成品浓度和回收经济效益的碳分子筛。
[0008]本发明的目的通过以下技术方案实现:
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下: (1)对龙须草纤维进行发酵改性:
预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理50-60min，用清水清洗干净；
发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵120-150min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉；
(2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉38-55份，10-12份云母粉、植物淀粉22份、15-20份水进行粘合，粘合时间为20min;
(3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干；
(4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在850°C-900°C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700°C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间80-120分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780°C恒温；
(5)活化:将炭化后的产品在浓度为10%浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。
[0009]本发明的有益之处在于:
本发明工艺简单，采用龙须草作为原料，突破了碳分子筛的原料限制，价格便宜，制备得到的本发明的CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛吸附剂可使V(CH4) /V(N2) /V(O2) =5/79/16的含氧混合气浓缩为 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品气 ％;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合气浓缩为Φ (CH4) =94.3-96.8%的成品气。
【具体实施方式】
[0010]实施例1:
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下:
(1)对龙须草纤维进行发酵改性:
预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理50min，用清水清洗干净；
发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵150min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉；
(2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉38份，12份云母粉、植物淀粉22份、15份水进行粘合，粘合时间为20min;
(3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干；
(4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在900 0C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700 °C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间80分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780 °C恒温； (5)活化:将炭化后的产品在浓度为10 %浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。
[0011]结果:
本发明的CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛吸附剂可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合气浓缩为 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品气 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合气浓缩为Φ (CH4) =96.8%的成品气。
[0012]实施例2:
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下:
(1)对龙须草纤维进行发酵改性:
预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理60min，用清水清洗干净；
发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵120min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉；
(2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉55份，1份云母粉、植物淀粉22份、20份水进行粘合，粘合时间为20min;
(3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干；
(4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在850 0C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700 °C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间120分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780 °C恒温；
(5)活化:将炭化后的产品在浓度为10%浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。
[0013]结果:
本发明的CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛吸附剂可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合气浓缩为 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品气 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合气浓缩为Φ (CH4) =94.3%的成品气。
实施例3:
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下:
(1)对龙须草纤维进行发酵改性:
预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理59min，用清水清洗干净；
发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵140min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉；
(2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉40份，11份云母粉、植物淀粉22份、16份水进行粘合，粘合时间为20min ； (3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干；
(4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在890 0C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700 °C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间90分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780 °C恒温；
(5)活化:将炭化后的产品在浓度为10%浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。
[0014]结果:
本发明的CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛吸附剂可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合气浓缩为 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品气 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合气浓缩为Φ (CH4) =95.7%的成品气。
实施例4:
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下:
(1)对龙须草纤维进行发酵改性:
预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理51min，用清水清洗干净；
发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵130min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉；
(2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉53份，1份云母粉、植物淀粉22份、19份水进行粘合，粘合时间为20min;
(3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干；
(4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在860 0C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700 °C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间110分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780 °C恒温；
(5)活化:将炭化后的产品在浓度为10%浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。
[0015]结果:
本发明的CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛吸附剂可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合气浓缩为 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品气 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合气浓缩为Φ (CH4) =96.2%的成品气。
[0016]实施例5:
一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下:
(I)对龙须草纤维进行发酵改性:
预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理58min，用清水清洗干净；
发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵145min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉；
(2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉39份，12份云母粉、植物淀粉22份、17份水进行粘合，粘合时间为20min;
(3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干；
(4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在880 0C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700 °C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间100分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780 °C恒温；
(5)活化:将炭化后的产品在浓度为10%浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。
[0017]结果:
本发明的CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛吸附剂可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合气浓缩为 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品气 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合气浓缩为Φ (CH4) =94.9%的成品气。
[0018]由此可见，本发明的工艺在原料的控制上进行了优化，尤其是对龙须草纤维的微生物改性工艺，出乎意料的改进了碳分子筛的性能。
[0019]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种生物改性龙须草纤维CMSCH4浓缩甲烷碳分子筛的制备方法，其步骤如下: (1)对龙须草纤维进行发酵改性: 预处理:将龙须草纤维投入1%浓度的海藻糖溶液中浸没，恒温80°C处理50-60min，用清水清洗干净； 发酵处理:将枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、鞘氨醇单胞菌按照数量比为1: 0.2:0.6配制成复合菌剂;按照接种量0.5%的比例接种复方菌剂，接种方式为将复方菌剂调配成菌液，均匀喷洒在预处理后的废弃龙须草纤维上，然后恒温38°C发酵120-150min，接着100°C烘干，磨成100微米的细粉； (2)粘合:将按照质量份数将下述原料混合:取步骤(I)得到的改性龙须草纤维细粉38-55份，10-12份云母粉、植物淀粉22份、15-20份水进行粘合，粘合时间为20min; (3)成型:用双螺杆挤条成型机对粘合好的原料进行挤条成型，将成型好的原料晾干； (4)炭化及调孔处理:将晾好的原料导入转炉内进行炭化调孔，温升速率15°C/分钟，在850°C-900°C条件下进行炭化，达到最高温后，在氮气的保护下降温至700°C恒温，将通入氮气的流量控制在5立方米/小时，调孔剂流量为18毫升/分钟进行孔径调整，调整时间80-120分钟，产品在转炉内用氮气保护维持780°C恒温； (5 )活化:将炭化后的产品在浓度为10 %浓度的KOH中浸渍0.5h，干燥后在管式炉中氮气保护下进行活化，活化温度设定为700°C。2.权利要求1所述的方法制备得到的浓缩甲烷碳分子筛。
【文档编号】C01B31/12GK106006631SQ201610356065
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】戴宝根, 顾柏敏
【申请人】湖州民强炭业有限公司