专利名称：一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂及其制备方法
技术领域：
本发明属于化学吸附剂制备技术领域，具体涉及一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂及其制备方法。
背景技术：
化学吸附剂能够有效去除空气中的有害气体，可以广泛的应用于工厂和家庭的空气净化材料。常见的化学吸附剂的组成通常包括载体和活性剂两个部分，载体按不同需要一般选用各种孔径的多孔材料，活性剂一般选用无毒无害且有一定氧化和催化能力的化学物质。目前的化学吸附剂主要是用活性炭、活性氧化铝、硅胶、分子筛、多孔矿物等作为载体，常见的活性物质有Mn02、ZnO、V2O5, CuO, Fe2O3> KMnO4等，使用碱性易容性碳酸盐作为活性物质的报道较少。目前报道的化学吸附剂多采用浸溃法负载活性物质，加工工艺简单，容易操作，但是活性物质的负载量难以控制，去除硫化物等有害气体的效率较低，且金属氧化 物等活性物质容易造成二次污染。溶胶-凝胶法是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥固化可制备出分子乃至纳米级结构的多孔材料。一般情况下，水解反应需在酸性条件下进行，常见的酸类或强酸弱碱盐都可以作为水解催化剂。而缩聚反应则在碱性环境下才容易发生，常见的碱类或强碱弱酸盐都可作为缩聚催化剂。目前，国内已经有一些关于氧化硅气凝胶和干凝胶的专利，但在凝胶阶段加入显碱性的碳酸盐，即作为缩聚催化剂又作为化学吸附剂活性组分用于吸附去除空气中有害酸性物质的专利未见报道。
发明内容
为了克服上述现有化学吸附剂制备方法的技术缺陷，本发明的目的在于提供一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂。本发明的目的还在于提供一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法。一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂，其特征在于，该复合凝胶吸附剂中碳酸盐为Na2CO3或K2CO3，其质量分数为2 50%，复合凝胶吸附剂的比表面积为10(Tl000m2/g，总孔容为 O. Γ1. 5cm3/g。—种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，包括如下步骤(I)制备氧化硅溶胶将硅源前躯物、有机溶剂和去离子水按照摩尔比1(Γ6) : (Γ8)混合均匀，然后加入水解催化剂，搅拌并老化，得到SiO2溶胶；(2)配制碳酸盐溶液配制碳酸盐浓度为5 250g/L配制水溶液，其中碳酸盐为Na2CO3 或 K2CO3 ；(3)将步骤(I)的SiO2溶胶和步骤(2)所得碳酸盐溶液按照碳酸盐(碳酸盐+SiO2)质量比为2 50%的比例混合，搅拌直至完全凝胶，加入乙醇浸泡使凝胶老化，再经干燥得到碳酸盐/SiO2复合干凝胶；(4)将碳酸盐/SiO2复合干凝胶再经进一步干燥得到碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂。步骤(I)中所述硅源前躯物为硅酸、硅酸钠、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。步骤(I)中所述有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮。步骤(I)中所述水解催化剂为盐酸、醋酸、氢氟酸、硝酸或硫酸。步骤(I)中硅源前躯物与水解催化剂摩尔比为I: ( 10^0. I)。步骤(3)中所述干燥的条件为1(T80°C下干燥O. 5 240h。
步骤(4)中所述干燥的条件为在10(T20(TC下干燥O. 5 5h。上述碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂用于去除SO2或H2S气体。本发明的有益效果为硅源前躯物、活性组分来源广泛，制备原理和制备过程简单，不需焙烧能耗低，活性物质分散均匀，比表面积和孔容较高，对SO2去除性能较好。
具体实施例方式下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。实施例I将52g TE0S、69 g EtOH和18 g去离子水放入250mL烧杯中，在30°C下磁力搅拌120 min使之混合均匀，将O. 033 mL浓度(质量分数)为5%的盐酸迅速滴加到上述烧杯并在20°C下搅拌12 h，然后老化120 h，得SiO2溶胶；将25 g Na2CO3加入250 mL容量瓶中，加去离子水定容，得到浓度为100 g/L的Na2CO3溶液；将3. 5 mL上述100 g/L的Na2CO3溶液加入所制备的SiO2溶胶当中，搅拌直至完全凝胶，加入EtOH浸泡凝胶，使之老化108 h，80°C下自然干燥4 h，得到Na2CO3质量分数为2. 3% Na2C03/Si02复合干凝胶；将上述所得干凝胶置于恒温干燥箱中，在200°C下处理8 h，得到Na2CO3质量分数为2. 3%的Na2C03/Si02复合凝胶化学吸附剂。将本实验所得复合凝胶化学吸附剂O. 06g进行SO2穿透实验测试，条件如下试样管内径6mm，气体流量为300mL/min，样品停留时间O. 3s以上。进气口 SO2浓度lOOppmv，出气口 SO2浓度为IOppmv时停止实验,记录不同时间下尾气浓度。获得的样品性能如下
权利要求
1.一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂，其特征在于，该复合凝胶吸附剂中碳酸盐为Na2CO3或K2CO3,其质量分数为2 50%，复合凝胶吸附剂的比表面积为10(Tl000m2/g，总孔容为 O. I I. 5cmVgο
2.一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤 (O制备氧化硅溶胶将硅源前躯物、有机溶剂和去离子水按照摩尔比I: (1飞)(Γ8)混合均匀，然后加入水解催化剂，搅拌并老化，得到SiO2溶胶； (2)配制碳酸盐溶液配制碳酸盐浓度为5 250g/L配制水溶液，其中碳酸盐为Na2CO3或 K2CO3 ； (3)将步骤(I)的SiO2溶胶和步骤(2)所得碳酸盐溶液按照碳酸盐(碳酸盐+SiO2)质量比为2 50%的比例混合，搅拌直至完全凝胶，加入乙醇浸泡使凝胶老化，再经干燥得到碳酸盐/SiO2复合干凝胶； (4)将碳酸盐/SiO2复合干凝胶再经进一步干燥得到碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂。
3.根据权利要求2所述的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述硅源前躯物为硅酸、硅酸钠、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯。
4.根据权利要求2所述的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述有机溶剂为甲醇、乙醇或丙酮。
5.根据权利要求2所述的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中所述水解催化剂为盐酸、醋酸、氢氟酸、硝酸或硫酸。
6.根据权利要求2所述的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(I)中硅源前躯物与水解催化剂摩尔比为I: ( 10^0. I)。
7.根据权利要求2所述的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述干燥的条件为1(T80°C下干燥O. 5 240h。
8.根据权利要求2所述的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述干燥的条件为在10(T200°C下干燥O. 5 5h。
全文摘要
本发明公开了属于化学吸附剂制备技术领域的一种碳酸盐/氧化硅复合凝胶吸附剂及其制备方法。本发明方法根据溶胶-凝胶法制备多孔吸附剂的工艺特性，在缩聚反应阶段加入碳酸盐，既加速反应进行，又引入针对目标污染物SO2的活性组分；硅源前驱体在酸性催化剂作用下经水解反应生成氧化硅溶胶，向溶胶中加入碳酸盐溶液并搅拌使之凝胶，经老化后常压干燥得到碳酸盐/SiO2复合干凝胶，可作为去除SO2和H2S等有害气体的化学吸附剂。这种制备方法原料来源广泛，成本低廉，过程简单，容易操作，不需高温焙烧能耗低，所制备的复合凝胶吸附剂，比表面积较高、活性组分分散均匀，去除有害气体的效率较高。
文档编号B01J20/10GK102773071SQ20121023331
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月5日 优先权日2012年7月5日
发明者刘国强, 康飞宇, 黄正宏 申请人:清华大学