一种低温吸附NOx有序介孔C-FDU-15负载Na/Sm吸附剂及其制备方法与流程

本发明涉及吸附领域，具体涉及炭吸附去除氮氧化物(nox)的吸附剂制备，本发明提供了一种孔壁高度结晶、结构高度有序的介孔c-fdu-15负载na/sm复合吸附剂及其制备方法，并将其应用于nox的去除。

背景技术：

随着社会经济的飞速发展，我国对能源的消费需求逐年增加。但是随之而来的是能源消耗产生的多种污染物，包括氮氧化物(nox)、二氧化硫(so2)、细微颗粒物(pm)、挥发性有机污染物(vocs)、重金属等。其中氮氧化物是世界公认的主要大气污染物之一，主要存在形式为no、no2和n2o。氮氧化物不仅可以破坏臭氧层，形成酸雨及光化学烟雾，严重影响生态环境，而且会刺激人类呼吸道，直接危害人类的健康。近年来随着国民经济的快速发展，我国燃煤发电装机容量迅速增加，而火电厂排放的氮氧化物一直是全国氮氧化物总排放量的主力军，从而使得氮氧化物的排放量急剧增长。此氮氧化物的减排受到了人们极大的关注。

碳材料吸附法操作简单，是控制低浓度no排放的有效方法之一。为了提高其吸附性能，制备了一系列碳质材料，如活性炭(ac)、活性炭纤维(acf)、单壁碳纳米管(cnt)和石墨烯(gr)。有序介孔碳(omc)是一种具有高比表面积和大孔道的新型碳质材料。与ac相比，omc具有可调和均匀的中孔结构，在传质和内表面方面具有独特的性能，将其用于nox的吸附，展现了很好的性能。

本项目的实施得到国家自然科学基金(编号：21277008)、国家自然科学基金(编号：20777005)和国家重点研究开发计划(编号：2017yfc0209905)的资助。

技术实现要素：

本发明提供了一种孔壁高度结晶、结构高度有序的介孔c-fdu-15负载na/sm复合吸附剂。用在含no(500ppm)和o2(5％)的n2的吸附中，得到了很好的去除效果，no的吸附量可以达到94.4mg/g，远远大于其他材料的吸附能力。此外，本发明所提供的吸附剂具有很好的重复利用性能，在0-400℃会迅速释放其吸附的nox，所有这些性能将会有巨大的应用价值。

为了达到上述目的本发明采用了如下的技术方案：

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂是由碱金属na、稀土元素sm和有序介孔c-fdu-15载体组成。

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂中的载体介孔碳c-fdu-15的作用是吸附nox，同时为碱金属提供基体，使na/sm分散均匀，提高利用率。

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂中负载的碱金属na的作用是提供更多的碱性位点，使nox更容易被吸附。

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂中na负载的量与载体介孔碳c-fdu-15的摩尔比例为：0.5/100–5/100。

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂中负载的稀土元素sm的作用是促进碱性位点的活性，使nox更容易被吸附。

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂中sm负载的量与载体介孔碳c-fdu-15的摩尔比例为：0.01/100–0.1/100。

一种低温吸附nox有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂的制备方法为：

1)在40℃水浴下将模板剂f127粉末溶于乙醇中，搅拌至f127完全溶解，然后加入hcl溶液调ph＝2，再加入0.002mol/l钠盐溶液和0.001mol/l钐盐溶液继续搅拌1h；

2)在搅拌过程中向溶液中加入25wt％甲阶酚醛树酯前驱体的乙醇溶液，继续搅拌1h；

3)将得到的样品转移到培养皿中，室温放置12h挥发乙醇；

4)将得到的样品放入100℃的烘箱中，恒温12h得到薄膜材料；

5)将上述材料从培养皿上刮下并转入管式炉中焙烧，在50ml/min的n2保护下，焙烧样品。

步骤2)中，25wt％甲阶酚醛树酯前驱体的乙醇溶液的加入量决定了c-fdu-15的生成量。

步骤5)中，管式炉的升温速率为1-10℃/min。

步骤5)中，管式炉的温度为600-900℃。

步骤5)中，焙烧时间为0.5-5h。

本发明的有益效果：

制备有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂对nox具有良好的吸附性，其吸附性能远高于其他吸附剂。本发明可以应用在常温对含no500ppm和o2体积含量为5％，平衡气体为n2的混合气体进行吸附。

本发明制备方法简单、高效、实用性强。

附图说明

图1为有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂的小角xrd图，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为2:0.02:100。

图2为有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂的n2吸附-脱附曲线，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为2:0.02:100。

图3为有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂的tem图，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为2:0.02:100。

图4为有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂对no+o2的吸附量，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为2:0.02:100。

图5为有序介孔c-fdu-15负载na/sm吸附剂对no+o2的吸附量，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为3:0.02:100。

具体实施方式

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例一：

1)在40℃水浴下将模板剂f127粉末溶于乙醇中，搅拌至f127完全溶解，然后加入hcl溶液调ph＝2，再加入0.002mol/l钠盐溶液和0.001mol/l钐盐溶液溶液继续搅拌1h，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为2:0.02:100；

2)在搅拌过程中向溶液中加入25wt％甲阶酚醛树酯前驱体的乙醇溶液，继续搅拌1h；

3)将得到的样品转移到培养皿中，室温放置20h挥发乙醇；

4)将得到的样品放入温度为100℃的烘箱中，恒温20h得到薄膜材料；

5)将薄膜材料从培养皿上刮下并转入管式炉中焙烧，在50ml/min的n2保护下，以1℃/min的升温速率从室温升温至500℃焙烧样品1h。

实施例二：

1)在40℃水浴下将模板剂f127粉末溶于乙醇中，搅拌至f127完全溶解，然后加入hcl溶液调ph＝2，再加入0.002mol/l钠盐溶液和0.001mol/l钐盐溶液溶液继续搅拌1h，其中钠盐、钐盐和c-fdu-15的摩尔比为3:0.02:100；

2)在搅拌过程中向溶液中加入25wt％甲阶酚醛树酯前驱体的乙醇溶液,继续搅拌1h；

3)将得到的样品转移到培养皿中，室温放置24h挥发乙醇；

4)将得到的样品放入温度为100℃的烘箱中，恒温24h得到薄膜材料；

5)将薄膜材料从培养皿上刮下并转入管式炉中焙烧，在50ml/min的n2保护下，以5℃/min的升温速率从室温升温至800℃焙烧样品2h。