[发明专利]一种核壳结构CuO-SiO2复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CuO-SiO₂核壳结构吸附剂的合成方法，尤其是主要用于H₂S、SO₂等酸性气体的可再生吸附剂及其合成方法。

背景技术

当今社会的主要能源是石油，煤炭和天燃气等化石燃料，它们共同特点都富含硫化物，因此在这些燃料加工过程中就会产生大量的、含硫气体，如H₂S和SO₂。由于硫化物对环境污染严重，所以在燃料加工工业中废气处理变得非常重要。

从气体中脱除污染物（H₂S和SO₂）的传统方法是碱性溶液湿吸附，但此方法需要将气体冷却后再吸附，而且将溶液中的硫进一步回收困难。当前主要采用干法吸附，就是用可再生固体碱性氧化物作为吸附剂，在一定的高温条件下吸附这些酸性气体的方法。早期，多采用单一氧化物作为吸附剂，如CaO，ZnO，Fe₂O₃等，它们的缺点是容易烧结，再生能力差。现在主流是负载型吸附剂，将吸附剂负载在多孔的载体上，如专利CN200810066806.5公开了一种氧化铝负载CuO的吸附剂，用氧化锌作为助剂，用于吸附SO₂和NOx。中国专利CN 200410082706.3公开了一种活性碳负载金属氧化物的硫化物吸附剂。负载吸附剂的特点是负载吸附剂的含量受限，含量高，也会引起烧结，所以反应床的空间不能够充分利用。

一种核壳结构的吸附剂能够解决吸附剂的以上问题，吸附剂位于中心形成核，周围由惰性氧化物如氧化铝，氧化硅等包覆壳，在壳壁上有微孔作为气体分子的通道。这种结构可以使吸附剂反复使用，不会出现烧结；材料以吸附剂为主，壳所占的比重小，能够充分利用反应室的空间。通常这种核壳结构合成方法繁琐，首先合成吸附剂，吸附剂经过表面处理后，经过一定的化学方法如反应胶束法，Stobe方法等在表面涂覆一层惰性氧化物。整个工艺过程复杂，并且产量低，只适合实验室使用，而对工业上应用意义不大。

发明内容

本发明将硬模板法和软模板法相结合，在反向胶束体系中通过硝酸铜和稀氨水反应，形成碱式硝酸铜纳米盘，以其为硬模板，有机硅化合物水解形成有核壳结构的Cu₂(OH)₃NO₃SiO₂二维特征的纳米复合盘，经400℃以上处理后形成了CuO-SiO₂纳米盘。

本发明要解决的技术问题是提供一种核壳结构的CuO-SiO₂复合物。

本发明提供的CuO-SiO₂复合物为具有二维特征的纳米盘形状，直径为50～90nm，厚度为10～30nm；该复合物以CuO为核相，以SiO₂为壳相，SiO₂层包裹在CuO的外部；以复合物的重量为基准，CuO的含量为50～95 wt%，优选为60～80 wt%，SiO₂的含量为5～50 wt%，优选为20～40 wt%。

根据本发明的核壳结构的CuO-SiO₂复合物，所述复合物的比表面积为95～140 m²/g，孔容为0.2～0.5 cm³/g，平均孔径5～10 nm。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种上述的CuO-SiO₂核壳结构复合物的制备方法，该方法包括以下步骤：

（1）溶液配制：配制Cu(NO₃)₂水溶液，配制氨水溶液，配制反向胶束溶液；

（2）将Cu(NO₃)₂溶液加入到反向胶束溶液中，搅拌成蓝色透明溶液；

（3）在强力搅拌下，将氨水溶液加入到反向胶束溶液中；

（4）加入有机硅化合物，在40～60℃的温度下，搅拌下密闭反应15～20小时；

（5）将步骤（4）获得的产物用无水乙醇清洗、分离，并经干燥和焙烧后得到核壳结构的CuO-SiO₂复合物。

其中步骤（1）中所述的Cu(NO₃)₂水溶液的浓度为50～70 wt%。所述的氨水溶液的浓度为2～18 wt%。氨水溶液可以通过用蒸馏水按一定比例稀释浓氨水（一般为26～28 wt%浓度）获得。