[发明专利]用于吸附有机分子的具有高吸附容量的颗粒状沸石

说明书

本发明涉及一种对有机分子具有高吸附容量的颗粒状沸石，和用于从液体或气流中吸附有机分子的沸石的应用。

诸如生物乙醇的生物燃料例如具有一个良好的CO₂平衡，并且作为化石燃料的替代品正变得越来越重要。“生物乙醇”表示专门地从生物量（可再生碳载体）或从废物的可生物降解的成分中产生，并且用作生物燃料的乙醇。如果乙醇从植物废料，木材，稻草或整株植物中产生，则也被称作为纤维素乙醇。乙醇燃料在内燃机和燃料电池中用作能源载体。具体地，在机动车辆中并且近年来也在飞机发动机中用作汽油替代物或添加剂的应用在近年来已变得更加重要，主要原因是与化石燃料相关的问题变得越来越明显。

目前从淀粉和甘蔗通常产生的生物乙醇将不能满足生物乙醇的增长要求。耕地的有限利用率，必要的农业集约化中的生态问题以及食品市场的竞争限制以这种传统的方式来生产生物乙醇。

在原材料和食品的国际价格上升和由此产生的问题的背景下，生物乙醇与食品生产的竞争的角色也被调查。特别在制造业国家，适用于耕种的植物（也可用于食品生产）的利用已经导致食品价格的快速增加，因为在本土买家与西方工业国家的生物乙醇买家直接竞争。在墨西哥，这已经导致了通过紧急状态法令来控制玉米的国家价格，因为这正大规模地处理成用于北美机动车的乙醇。

能源植物（实际用于粮食生产）的耕种已经经常被描述为威胁到世界人口的供养。例如，从100kg的谷物可以生产出大约100kg的面包，但仅有25升的生物乙醇。用一公顷谷物种植面积的收获，可以供养大约18人一年，或可以产出用于具有平均消耗和适中行驶里程的一辆汽车一年的生物乙醇。

一种替代方法是使用不适合人类食用的作物或植物废料。这些主要由纤维素、半纤维素以及木质素组成的材料被大量生产（甚至常常作为废物产品），例如，在生产食用油或处理甘蔗时。这些原料比富含淀粉或富含蔗糖的农业原料便宜。此外，单位面积潜在可用的生物量较高，更有利CO₂平衡，并且耕种有时更加有利环境。

从植物废料中产生的乙醇被称为纤维素乙醇或木质纤维素乙醇。与现有的生物乙醇相反，纤维素乙醇具有更好的CO₂平衡，并且不与食品工业竞争。目的是在所谓的生物精炼厂中，将纤维素和半纤维素转换成诸如葡萄糖和木糖的可发酵的糖，并使它们通过酵母直接发酵成乙醇。可以利用木质素作为燃料用于驱动该工艺。在这种类型的生物技术加工中，生物乙醇在与水的混合中产生。当出现利用微生物能发酵所有的糖时，特别是诸如木糖的由五个碳原子组成的糖时，可得到的乙醇的浓度非常低。例如，多明格斯等人（Biotech.Bioeng.，2000，Vol.67，p.336-343）示出C5糖通过酵母—树干毕赤酵母（Pichia stipitis）反应为乙醇被抑制为仅2%（W/V）的乙醇。用这些低浓度的乙醇，蒸馏的能量消耗非常高以至于通过蒸馏分离乙醇因此被取消。然而，迄今为止，在木质纤维素乙醇的生产的技术领域中还没有已知的可能进行经济的生产、尤其是有效、持续和节能的提纯的方法。

在工业生产中已经利用了基于具有特定属性的沸石的吸附剂，该属性诸如耐化学性和耐热性，在亚纳米范围内的规则通道和孔体系的存在，以及由于可变的阳离子成分而与吸附分子的特定相互作用的发展。

因而，沸石被使用在干燥气体或液体的区域中，特别地，在空气分离（低温或非低温）的区域中，并且这里特别是基于八面沸石（类型X）的吸附剂。术语“八面沸石”表示结晶铝硅酸盐一类，也作为天然矿物出现。然而，仅具有八面沸石结构的合成产品具有经济重要性。在具有八面沸石结构的这些沸石中，还根据成分（特别地基于SiO₂/Al₂O₃摩尔比）而进一步分类。因而，具有大于3.0的SiO₂/Al₂O₃摩尔比的产品被称作为Y-沸石，而具有小于3.0的SiO₂/Al₂O₃摩尔比的产品被称作为X-沸石。