[发明专利]一种利用类沸石分子筛骨架材料分离氧化亚氮和二氧化碳的方法

说明书

技术领域

本发明涉及混合气分离技术领域，特别是一种利用类沸石分子筛骨架材料分离氧化亚氮和二氧化碳的方法。

背景技术

温室气体的排放引起了全球气候变暖。据估计，二氧化碳（CO₂）的排放构成了美国2000年温室气体排放的大约84%。CO₂和其他有害气体污染物的排放量与经济和工业增长密切相关。通常CO₂的主要排放来源于化石燃料的燃烧及各种产生CO₂副产物的工业过程中，如烃、矿物燃料的燃烧，水泥、石灰、钢铁的生产。

氧化亚氮（N₂O）也是一种重要的温室气体。目前，人们关注的焦点在CO₂这种温室气体上，但N₂O的全球变暖潜能值（GWP）是CO₂的298倍，其在大气中的寿命长达114年，这使得N₂O成为一种更具威胁的温室气体。N₂O的排放主要由农业和工业生产过程所致，如，含氮化合物的燃烧、硝酸和己二酸的生产及废水的处理（Javier Pérez-Ramírez等，Applied Catalysis B:Environmental,2003,44,117–151）。虽然N₂O不是全球变暖的主要贡献者，但它是被联合国气候变化框架公约所规定的需要减排的六种温室气体之一。因此，在工业生产过程中（例己二酸工业生产中），人们已致力于减少N₂O的排放。由于己二酸工业尾气中含有较高浓度的N₂O气体（25-40vol.%），催化分解N₂O的方法已成功地得到应用，能有效地减少N₂O的排放。而在硝酸生产工业尾气中，由于N₂O浓度相对较低（与CO₂等气体共存），催化分解N₂O难以有效应用。另一方面，N₂O可作为一种反应原料，可将其应用于生产其它重要的化工产品中，例N₂O可直接氧化苯制苯酚（Fumin Zhang等，Catalysis Science & Technology,2011,1,1250-1255）。因此，开发一种有效的N₂O分离技术，既可实现N₂O的减排又可增加N₂O的工业利用价值。

由于N₂O与CO₂的分子量相同、它们的分子尺寸很相近，据我们所知，公开文献中所报道的利用多孔材料物理吸附法很难实现二者的分离。吸附法是气体分离的有效技术之一，其核心在于选择与研制高效吸附剂。但目前尚未有可以分离CO₂和N₂O混合气吸附剂的报道。

近几年得到广泛关注的类沸石分子筛骨架材料(Zeolitic imidazolate frameworks,ZIFs)是一种新型的金属有机骨架材料，由金属离子（主要是锌离子和钴离子）和咪唑及其衍生物类有机配体自组装而成，具有高孔隙率、大比表面积、高热稳定性和化学稳定性、孔径可调、易于表面修饰等特点，因而作为吸附剂在气体分离领域具有良好的应用前景。ZIF-7是其中一种，其骨架结构的各顶点由金属锌离子构成且该骨架结构中各相邻顶点通过苯并咪唑的氮原子相连接（Kyo Sung Park等，PANS,2006,103,10186-10191），其特有的“开门效应”（Gate-opening effects）使其在轻质烷烃/烯烃吸附分离方面展现出应用前景（Johan van den Bergh等，Chem.Eur.J.2011,17,8832-8840），但时至今日，一种利用类沸石分子筛骨架材料吸附分离氧化亚氮和二氧化碳的方法还未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用类沸石分子筛骨架材料分离氧化亚氮和二氧化碳混合气的方法。

本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种利用类沸石分子筛骨架材料分离氧化亚氮和二氧化碳的方法，该利用类沸石分子筛骨架材料分离氧化亚氮和二氧化碳的方法包括以下步骤：

⑴称取类沸石分子筛骨架材料；

⑵将类沸石分子筛骨架材料在压力作用下压片后分筛成颗粒状作为吸附分离氧化亚氮和二氧化碳混合气的吸附剂；

⑶将步骤⑵中获得的吸附剂填装在一固定床管式反应器中，对吸附剂进行预处理；

⑷配制原料气；