专利名称：一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，具体是一种吸附分离CO2和 CH4的改性活性炭吸附剂的制备方法，属于气体分离技术领域。
背景技术：
目前，能源危机与环境问题日趋严重，许多国家相继开发利用沼气作为能源。沼气是一种清洁能源，其主要成分是CH4和CO2，通常情况下沼气中CH4的含量约为60% 70%， CO2含量约为30% 40%，此外还有少量的02、N2等其它气体。从垃圾填埋场回收和利用沼气中的CH4气体，从技术上和经济效益上来说都是可行的，而且是减排CH4气体的一条有效途径。一个城市的集中垃圾填埋场有大量的CH4气体，如果将其利用起来，就减排了相当数量的温室气体，并提供了新的能源来源途径；而同时CO2的存在大大降低了单位体积气体的能量值，此时的沼气使用范围及其有限，且效率较低。此外，CO2的存在还会腐蚀运输管道， 造成危害。因此如何对CH4和CO2进行有效的分离，并分别加以利用，在当前具有重要的战略意义。在我国，农村大量的中、小型沼气池所产的沼气主要是用于做饭和照明，没有发挥出更大的经济效益；而在欧洲和北美，生产的沼气通过净化后并入天然气管网、用于沼气燃料电池发电、热电联产或用作汽车燃料，能产生更大的经济效益。有效分离CHjP CO2的方法有吸收法、膜分离法、低温蒸馏法以及变压吸附法等。吸收法往往采用碱性溶液做吸收剂分离气体，技术操作复杂，能耗大，且容易产生废水污染。 中国专利CN101693169A报道了一种分离C02、CH4混合气体的复合膜的制备方法，通过将对 CO2具有强烈吸附性能的SAP0-34分子筛掺杂进入炭分子膜的前驱液中，从而促进了复合膜对CO2的选择性渗透，提高了 C02/CH4的选择性。但是采用膜分离法通常需要脱水和过滤过程，增加了操作工艺的复杂性。吸附法具有产品纯度高、能耗低、工艺流程简单、自动化程度高等优点，在天然气的净化和沼气的分离中的应用也越来越受到重视，国内外的许多学者都积极地研究吸附分离C02/CH4技术。吸附分离法的关键就是吸附剂的选择。在分离0)2/014的吸附工艺中常用的有天然沸石、分子筛、硅胶、活性炭等。中国专利CN126871A报道了用天然形成的富钠斜发沸石作为吸附剂，采用变压吸附法从甲烷中大量分离二氧化碳。在低操作压力下可脱出大量的大部分二氧化碳。该吸附吸附分离效果较好，但使用天然沸石成本较高。活性炭具有发达的微孔结构，吸附容量大，价格低廉，在气体吸附分离领域中得到了广泛的应用。中国专利CN 101255945A公开了一种利用活性炭微球吸附剂脱除天然气中二氧化碳的技术， 可以将天然气中的二氧化碳含量由约10. O体积％降低到O. 05体积％。该发明中的活性炭微球吸附剂吸附脱附简单，能循环反复利用，但是在常压下吸附选择性不高。随着科技的发展，利用微波加热方式处理制得的活性炭因其受热均匀，成本低廉，制取方便，吸附性能良好等优点而成为研究的热点。目前，经微波处理的活性炭被广泛地应用于水质处理及净化领域，在一些气体净化领域内也得到应用，中国专利CN101693162A公布了一种利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法，发明利用了微波的选择性加热性能，结合炭对S02和NOX的还原能力，大大提闻了同时脱硫、脱硝的效率，可以达到95%以上的脱硫率和90%以上的脱硝率。微波活性炭在吸附分离C02/CH4气体领域中的应用，尚未见报道。
发明内容
本发明旨在提供了一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，通过本发明制备的吸附剂是能分离吸附CO2和CH4气体的改性微波活性炭吸附剂。本发明中以微波活性炭作为载体，负载碱金属离子K离子作为活性组分进行改性，采用超声波等量浸溃，制得吸附剂。改性吸附剂的具体制备方法包括如下步骤
(1)将微波活性炭研磨、筛分至40 60目，用蒸馏水洗涤3 4次，100 120°C下干燥12 24h，在干燥皿中自然降至室温；
(2)按Ig活性炭添加2 4ml的碱金属溶液，将处理过的活性炭置于碱金属溶液中进行超声波浸溃O. 5 4h，然后在100 120°C下干燥12 24h ；
(3)将(2)步骤制得的微波活性炭放在200 650°C下焙烧2 5h，在干燥皿中自然降至室温，即得改性微波活性炭吸附剂。本发明中所述碱金属溶液为氢氧化钾、硝酸钾、碳酸钾、氯化钾溶液中一种。本发明中所述碱金属溶液浓度为O. 5 2mol/L。本发明中所述超声波浸溃在30 40°C，超声波频率28 45KHz条件下进行。本发明中所用微波活性炭是采用常规方法，经微波处理得到的活性炭，如参照中国专利申请200810233530. 5中公开的方法制得。本发明具有下列优点和效果
本发明方法简单，成本较低，操作简单所用吸附剂载体和浸溃液，价格低廉，容易获得， 改性后吸附剂通过表面吸附CO2和CH4气体，对CO2的吸附容量提高，CH4的吸附容量降低， 从而获得较高的C02/CH4的吸附平衡选择因子，本发明制备方法制备的吸附剂为吸附分离沼气中CH4和CO2气体提供了一种经济可行的途径，且分离效果较好。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围并不限于所述内容。实施例I :一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，具体操作如下
(1)将微波椰壳活性炭研磨、筛分至40目，取17g活性炭用蒸馏水洗涤3次，100°C下干燥24h后,在干燥皿中自然降至室温；
(2)将处理过的活性炭置于O.5mol/L碳酸钾溶液34ml中，在30°C，超声波频率为 28KHz条件下，浸溃4h，然后在恒温干燥箱内10(TC下干燥24h ；
(3)最后将活性炭置于马弗炉中在350°C下焙烧4h，在干燥皿中自然降至室温，即得改性微波活性炭吸附剂。(4)取改性微波活性炭吸附剂2. Og,在25°C下吸附分离CO2和CH4气体，CO2和CH4 气体的体积百分比浓度分别为99. 99%和99. 9% ;利用静态容积法测得CH4和CO2气体的吸附数据，测试结果如表I所示。实施例2 :—种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，具体操作如下(1)将微波煤质活性炭研磨、筛分至50目，取17g活性炭用蒸馏水洗涤4次，110°C下干燥18h后,在干燥皿中自然降至室温；
(2)将处理过的活性炭置于lmol/L氯化钾溶液51ml中，在40°C，超声波频率为35KHz 条件下，浸溃2h，然后在恒温干燥箱内110°C下干燥18h ；
(3)最后将活性炭置于马弗炉中在200°C下焙烧5h，在干燥皿中自然降至室温，即得改性微波活性炭吸附剂。(4)取改性微波活性炭吸附剂2. Og,在25°C下吸附分离CO2和CH4气体，CO2和CH4 气体的体积百分比浓度分别为99. 99%和99. 9% ;利用静态容积法测得CH4和CO2气体的吸附数据，测试结果如表I所示。实施例3 :—种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，具体操作如下
(1)将微波椰壳活性炭研磨、筛分至60目，取17g活性炭用蒸馏水洗涤3次，120°C下干燥12h后,在干燥皿中自然降至室温；
(2)将处理过的活性炭置于2mol/L氢氧化钾溶液68ml中，在35°C，超声波频率为 45KHz条件下，浸溃O. 5h，然后在恒温干燥箱内120°C下干燥12h ；
(3)最后将活性炭置于马弗炉中在650°C下焙烧2h，在干燥皿中自然降至室温，即得改性微波活性炭吸附剂。(4)取改性微波活性炭吸附剂2. Og,在25°C下吸附分离CO2和CH4气体，CO2和CH4 气体的体积百分比浓度分别为99. 99%和99. 9% ;利用静态容积法测得CH4和CO2气体的吸附数据，测试结果如表I所示。实施例4 :一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，具体操作如下
(1)将微波烟杆基活性炭研磨、筛分至45目，取17g活性炭用蒸馏水洗涤3次，115°C下干燥20h后,在干燥皿中自然降至室温；
(2)将处理过的活性炭置于1.5mol/L硝酸钾溶液51ml中，在35°C，超声波频率为 40KHz条件下，浸溃lh，然后在恒温干燥箱内120°C下干燥16h ；
(3)最后将活性炭置于马弗炉中在450°C下焙烧3h，在干燥皿中自然降至室温，即得改性微波活性炭吸附剂。(4)取改性微波活性炭吸附剂2. Og,在25°C下吸附分离CO2和CH4气体，CO2和CH4 气体的体积百分比浓度分别为99. 99%和99. 9% ;利用静态容积法测得CH4和CO2气体的吸附数据，测试结果如表I所示。表I :改性吸附剂吸附分离CHjP CO2气体的实验结果
权利要求
1.一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于按如下步骤进行(1)将微波活性炭研磨、筛分至40 60目，用蒸馏水洗涤3 4次，100 120°C下干燥12 24h后，自然降至室温；(2)按Ig活性炭添加2 4ml的碱金属溶液，将处理过的活性炭置于碱金属溶液中进行超声波浸溃O. 5 4h，然后在100 120°C下干燥12 24h ；(3)最后将活性炭在200 650°C下焙烧2 5h，在干燥皿中自然降至室温，即得改性微波活性炭吸附剂。
2.根据权利要求I所述的改性微波活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于碱金属溶液为氢氧化钾、硝酸钾、碳酸钾、氯化钾溶液中一种。
3.根据权利要求2所述的改性微波活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于碱金属溶液浓度为O. 5 2mol/L。
4.根据权利要求I所述的改性微波活性炭吸附剂的制备方法，其特征在于超声波浸溃在30 40°C，超声波频率28 45KHz条件下进行。
全文摘要
本发明公开了一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，该方法以微波活性炭作为载体，负载碱金属离子K离子作为活性组分进行改性，采用超声波等量浸渍，制得改性微波活性炭吸附剂；本发明方法简单，易操作，成本低，通过本发明方法制备的吸附剂，吸附效果好，能获得较高的CO2/CH4的吸附平衡选择因子。
文档编号B01D53/04GK102580679SQ20121006499
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者何丹, 唐晓龙, 宁平, 彭金辉, 易红宏, 李云东, 李凯, 李芬容 申请人:昆明理工大学