一种氮氧化物净化剂的制备方法与流程

本申请为分案申请，原案专利号为：201610268042.2，申请日为2016年4月22日，发明名称为：一种氮氧化物净化剂的制备方法。

本发明属于污染物净化领域，具体涉及一种氮氧化物净化剂的制备方法。

背景技术：

近年来,随着社会经济的不断发展，人们生活条件不断改善，机动车辆的数量越来越多,机动车辆给我们的交通出行带来了方便，但是机动车尾气的排放造成的大气污染物严重影响了人体的健康。

机动车尾气的主要污染物之一是氮氧化物，氮氧化物对人和动植物都有一定的危害，它会刺激人的眼、鼻、喉和肺部等器官，造成呼吸系统疾病。另一方面，氮氧化物还会导致光化学烟雾、酸雨、温室效应以及臭氧层空洞等环境问题。

目前，为净化空气，治理氮氧化物污染的主要方法有：液体吸收法、固体吸附法、生物处理法和催化还原法。

液体吸收法工艺简单、投资少，缺点是净化效果差、对设备腐蚀严重以及不可避免的会造成二次污染。

固体吸附法对氮氧化物的吸附能力强，虽然具有很好的经济效益和工业应用前景，但是吸附剂吸附量小、设备占地面积大、吸附剂再生困难、寿命短等缺点使其不能得到广泛的应用。

生物处理法成本低，但会造成二次污染，处理量小。

催化还原法中nox被直接还原为n2，不产生二次污染，然而其所使用的催化剂常为铂、钯、铑等贵金属，费用高，且制备过程需要较高的温度，能耗大。

因此，为克服以上方法所存在的缺陷，提出一种氮氧化物净化剂的制备方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高效且制备简单的氮氧化物净化剂的制备方法。

本发明采用以下技术方案：一种氮氧化物净化剂的制备方法，由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-10份、硅胶msio2·nh2o或氧化铝15-30份、koh2.5-4.0份或k2co37.5-8.5份、氯仿45-150份，所述吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-由环氧氯丙烷和吡啶等物质的量反应制备而成；包括以下步骤：

1)吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-的制备：称取一定量的环氧氯丙烷于两口烧瓶中，在冰水浴中机械搅拌反应0.5h，然后加入与环氧氯丙烷等物质的量的吡啶，于1h内加完，继续在冰水浴中反应0.5h，之后撤去冰水浴，于25℃室温下搅拌反应4-8h,反应结束后，立即减压蒸馏，在冰水浴中迅速冷却，抽滤，产物用丙酮洗涤后在真空60℃下干燥12-24小时即可；

2)硅胶或氧化铝活化：将硅胶msio2·nh2o或氧化铝用研钵磨碎，用孔径为0.30mm和0.63mm筛子进行筛分，取直径在0.3-0.63mm颗粒置于坩埚中，在500℃下焙烧3-4小时，放入干燥器备用；

3)吡啶盐修饰硅胶或氧化铝的制备：将步骤1)所得10份吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-加入到悬浮有15-30份步骤2)得到所得活化产物硅胶或氧化铝纳米粒子的45-150份氯仿中，然后分别加入2.5-4.0份的koh或7.5-8.5的k2co3在氮气的氛围下，在60-90℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，再用无水乙醇洗涤至中性，放置真空干燥箱中60-80℃温度下干燥10-20小时即可；

4)氮氧化物净化剂的制备：将步骤3)制备得到的吡啶盐修饰硅胶或氧化铝分散在离子交换剂中机械搅拌4-6小时，进行离子交换，然后抽滤，在真空中60-80℃温度下干燥10-20小时即可。

作为本发明的进一步改进，由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-10份，硅胶msio2·nh2o20份或氧化铝20份，koh3份或k2co38份、氯仿90份。

作为本发明的进一步改进，由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-10份，硅胶msio2·nh2o或氧化铝15份，k2co32.5份或k2co37.5、氯仿45份。

作为本发明的进一步改进，由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-10份，硅胶msio2·nh2o或氧化铝30份，k2co34份或k2co38.5份、氯仿150份。

作为本发明的进一步改进，上述步骤4)中的所述离子交换剂为：nabh4或nahso3或cf3so3na溶液。

本发明制得的氮氧化物净化剂兼具有硅胶或氧化铝较强的物理吸附功能和吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-的化学催化净化功能，没有使用价格昂贵的贵金属催化剂，制备成本低廉，制备简单，且硅胶或氧化铝与吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-通过化学键连接，有利于微粒的分散，比表面积大,净化能力强。

附图说明

图1是本发明方法实施例1所得氮氧化物净化剂的分子结构示意图。

图2是本发明方法实施例2所得氮氧化物净化剂的分子结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本发明下述实施例中所使用化学试剂来自于上海泉昕进出口贸易有限公司。

氮氧化物的浓度是在净化剂的后端利用化学发光式氮氧化物检测仪检测得到的，同时使用700ppm氮氧化物的气体以1.00升/分钟的流速通过12.00g的氮氧化物净化剂样品。测定直至出口浓度与入口浓度相同时，饱和净化容量，即每克净化剂净化的氮氧化物的量。

实施例1

硅胶(分子式为msio2·nh2o)是具有较强物理吸附能力的化学品，吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-是具有较强的化学催化净化功能。本实施例利用一定的化学反应将两者键合，制备氮氧化物净化剂。

本实施例氮氧化物净化剂由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-30g，硅胶60g，koh9g或k2co324g、氯仿270g，吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-由50g的环氧氯丙烷和42.7g的吡啶反应制备而成。

氮氧化物净化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-的制备：称取50g环氧氯丙烷(分子式为[c8h10no]⁺cl^-，摩尔质量为92.52g/mol)于两口烧瓶中，在冰水浴中机械搅拌反应0.5h，然后加入42.7g吡啶(分子式为c5h5n，摩尔质量为79.1g/mol)，1h内加完，继续在冰水浴中反应0.5h，撤去冰水浴，于室温25℃搅拌反应8h,反应结束后，立即减压蒸馏，在冰水浴中迅速冷却，抽滤，产物用丙酮洗涤后真空60℃下干燥12小时即可；

(2)硅胶活化：将60g硅胶(分子式为msio2·nh2o)用研钵磨碎，用0.30mm和0.63mm筛子进行筛分，取直径在0.3-0.63mm颗粒置于坩埚中，在500℃下焙烧4小时，放入干燥器备用；

(3)吡啶盐修饰硅胶的制备：将步骤(1)所得吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-30g加入到悬浮有步骤2)所得硅胶活化产物硅胶纳米粒子的270g氯仿(分子式为chcl3，摩尔质量为119.38g/mol)中，然后在氮气的氛围下加入9gkoh或24gk2co3，在90℃下回流搅拌24h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，再用无水乙醇洗涤至中性，放置真空干燥箱中80℃下干燥20小时即可；

(4)氮氧化物净化剂的制备：将步骤(3)制备得到的吡啶盐修饰硅胶分散在2molnabh4的离子交换剂中机械搅拌6小时，进行离子交换，然后抽滤，在真空中80℃下干燥20小时即可。

本实施例中的离子交换剂可以用含2molnahso3或cf3so3na的溶液代替，本实施例中的60g硅胶可用60g氧化铝代替。

本实施例所制备得到的氮氧化物净化剂的化学结构请参图1所示，经测试，本技术方案制备得到的氮氧化物净化剂饱和净化容量为140mg/g，远高于一般尾气净化剂的净化容量。

实施例2

氧化铝(al2o3，摩尔质量为101.96g/mol)是具有较强物理吸附能力的化学品，吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-是具有较强的化学催化净化功能。本实施例利用一定的化学反应将两者键合，制备氮氧化物净化剂。

本实施例氮氧化物净化剂由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-30g，硅胶45g，koh4.5g或k2co322.5g、氯仿135g，吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-由50g的环氧氯丙烷和42.7g的吡啶反应制备而成。

本实施例的氮氧化物净化剂的制备方法包括以下步骤：

(1)吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-的制备：称取50g环氧氯丙烷于两口烧瓶中，在冰水浴中机械搅拌反应0.5h，然后加入42.7g吡啶，1h内加完，继续在冰水浴中反应0.5h，撤去冰水浴，于25℃室温下搅拌反应8h,反应结束后，立即减压蒸馏，在冰水浴中迅速冷却，抽滤，产物用丙酮洗涤后真空60℃下干燥24小时即可；

(2)氧化铝活化：将45g氧化铝(al2o3，摩尔质量为101.96g/mol)，用研钵磨碎，用0.30mm和0.63mm筛子进行筛分，取直径在0.3-0.6mm颗粒置于坩埚中，在500℃下焙烧3-4小时，放入干燥器备用；

(3)吡啶盐修饰氧化铝的制备：将步骤(1)所得吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-30g加入到悬浮有步骤(2)所得活化产物氧化铝纳米粒子的135g氯仿中，然后在氮气的氛围下加入7.5gkoh或22.5gk2co3，在80℃下回流搅拌20h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，再用无水乙醇洗涤至中性，放置真空干燥箱中80℃下干燥15小时即可；

(4)净化剂的制备：将步骤(3)制备得到的吡啶盐修饰氧化铝分散在包含2molnahso3的溶液中机械搅拌6小时，进行离子交换，然后抽滤，在真空中80℃下干燥20小时即可。

本实施例所制备得到的氮氧化物净化剂的化学结构请参图2所示，经测试，本技术方案制备得到的氮氧化物净化剂饱和净化容量为134mg/g，远高于一般尾气净化剂的净化容量。

本实施例中的离子交换剂可以用含2molnabh4或cf3so3na的溶液代替，本实施例中的45g氧化铝可用45g硅胶代替。

实施例3

氧化铝和硅胶是具有较强物理吸附能力的化学品，吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-具有较强的化学催化净化功能。本实施例利用一定的化学反应将两者键合，制备氮氧化物净化剂。

本实施例氮氧化物净化剂由如下重量份的组分制得：吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-30g，氧化铝(或硅胶)90g，koh12g或k2co325.5g、氯仿450g，吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-由50g的环氧氯丙烷和42.7g的吡啶反应制备而成。

(1)吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-的制备：称取50g环氧氯丙烷于两口烧瓶中，在冰水浴中机械搅拌反应0.5h，然后加入42.7g吡啶，1h内加完，继续在冰水浴中反应0.5h，撤去冰水浴，于25℃室温下搅拌反应8h,反应结束后，立即减压蒸馏，在冰水浴中迅速冷却，抽滤，产物用丙酮洗涤后真空60℃下干燥24小时即可；

(2)氧化铝活化：将90g氧化铝用研钵磨碎，用0.30mm和0.63mm筛子进行筛分，取直径在0.3-0.6mm颗粒置于坩埚中，在500℃下焙烧3-4小时，放入干燥器备用；

(3)吡啶盐修饰氧化铝的制备：将步骤(1)所得吡啶盐[c8h10no]⁺cl^-30g加入到悬浮有步骤(2)所得活化产物氧化铝纳米粒子的450g氯仿中，然后在氮气的氛围下加入12gkoh或25.5gk2co3，在80℃下回流搅拌20h，将所得产物离心分离，将分离得到的固体用氯仿反复清洗后，再用无水乙醇洗涤至中性，放置真空干燥箱中80℃下干燥15小时即可；

(4)氮氧化物净化剂的制备：将步骤(3)制备得到的吡啶盐修饰氧化铝分散在包含2molcf3so3na的溶液中机械搅拌6小时，进行离子交换，然后抽滤，在真空中80℃下干燥20小时即可。

本实施例所制备得到的氮氧化物净化剂的化学结构请参图2(或图1)所示，经测试，本技术方案制备得到的氮氧化物净化剂饱和净化容量为150mg/g，远高于一般尾气净化剂的净化容量。

本实施例中的离子交换剂可以用含2molnahso3或nabh4的溶液代替。

本发明制得的氮氧化物净化剂兼具有硅胶或氧化铝较强的物理吸附功能和吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-的化学催化净化功能，没有使用价格昂贵的贵金属催化剂，制备成本低廉，制备简单，且硅胶或氧化铝与吡啶盐[c8h10no]⁺[bh4]^-或[c8h10no]⁺[hso3]^-或[c8h10no]⁺[cf3so3]^-通过化学键连接，有利于微粒的分散，比表面积大，净化能力强。

上述实施方式仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，还可以作出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。