[发明专利]一种用于吸附天然气的微孔材料的组成与构型

说明书

技术领域

本发明涉及天然气储运技术领域，具体涉及一种用于吸附天然气的微孔材料。

背景技术

天然气作为一种热值高的绿色洁净能源，其开发和利用越来越受到人们的重视，已成为能源消费结构中的重要角色。

然而，如何储运天然气一直是限制其应用的主要方面之一。目前，天然气的储运主要包括压缩天然气（CNG）、液化天然气（LNG）以及吸附天然气(ANG）三种方式。其中CNG 多采用较高压力下的管束式容器运输，储气压力高（20~25 MPa），需昂贵的多级压缩机，能耗大，储存容器需耐高压，自重大，具有一定危险性。LNG 需低温制冷，能耗高，储气设施维护保养较复杂，液化工艺复杂，设备造价高，运行费用也较高。ANG具有工艺简便、使用安全和储存容器不需要隔热等优势，是CNG 和LNG 两种技术无法比拟的，但目前还未大规模工业应用，仅处于研究阶段。

ANG技术的关键是要开发出吸附效率高的吸附剂。甲烷是球形的非极性分子，与吸附剂之间的范德华力只有色散力，因而吸附剂表面的极性对吸附过程影响很小，其吸附量主要取决于吸附剂的微孔体积和比表面积，因而吸附剂的选择很关键。

虽然硅胶、沸石、分子筛、氧化铝、活性炭、活性炭纤维、金属有机框架化合物等微孔发达的吸附材料被研究和利用。但是，目前被报道的吸附剂，其吸附性能还不是很理想，并且将其组合利用和加以应用的例子较少。

石墨烯是近年来发现的一种具有二维平面结构的碳纳米材料, 它的特殊单原子层结构使其具有许多独特的物理化学性质，但是尚未见应用于吸附天然气技术的报道。

发明内容

本发明公开一种利用高比表面积、发达微孔结构的沸石、活性炭，以及具有较高机械强度的氧化铝材料，结合石墨烯优异的理化性能，开发出一种复合型蜂窝体微孔吸附材料用于吸附天然气。

本发明通过以下方法实现：

一种用于吸附天然气的微孔材料的组成与构型由沸石，活性炭，氧化铝，石墨烯组成，其中沸石，活性炭，氧化铝均为80～200目的粉体材料，石墨烯为粒径50nm~50μm的粉体材料，质量配比为沸石：活性炭：氧化铝：石墨烯 = 25～75：25～75：12～25：0.5～10。

具体方法按如下步骤进行：

（1）按所述配比称取沸石、活性炭、氧化铝和石墨烯粉体，并充分混合；

（2）在经过步骤（1）所得的粉体混合物中加入纯水适量，以100~500r/min机械搅拌，30~60min后捏合；

（3）将经过步骤（2）所得的物料用带有蜂窝体模头的螺杆挤出机中挤出，成型为蜂窝状圆柱体，其孔眼分布为1~9个/cm²，其孔眼孔径为0.5~2mm；

（4）于100~120℃条件下干燥，制得产品。

经测试，制得的复合型蜂窝体吸附天然气材料微孔孔径为0.5～3nm，比表面积2000~3000 m²/g，微孔孔容占总孔容的85%以上，总孔容大于1.0 mL/g。数据表明，开发的新型复合型蜂窝体吸附天然气微孔材料是一种优良的吸附剂，非常适用于吸附天然气技术。

本发明不仅获得了具有发达微孔结构、高比表面积的吸附材料，同时由于石墨烯优异的导热和力学等性能，强化了材料的机械强度、导热性能、气体解析性能，实现了进一步提高吸附储运天然气能力的目的。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明。

1.      磨粉、造粒。分别对沸石、活性炭，氧化铝进行破碎、造粒处理，筛选80～200目，并选取粒径为50nm~50μm的石墨烯粉体材料，备用。

2.      称量，混匀。按质量配比沸石：活性炭：氧化铝：石墨烯 = 50：27：16：7的比例进行称量，分别量取沸石100g、活性炭54g、氧化铝32g、石墨烯14g。

3.      搅拌，捏合。将配比后称量的粉体混合物中加入纯水以半固状为宜，以100~500r/min机械搅拌，30~60min后捏合。

4.      成型。选用蜂窝体模头，孔眼分布为1~9个/cm²，孔眼孔径为0.5~2mm，于螺杆挤出机中挤出成型，制得蜂窝状圆柱体。

5.      于100~120℃条件下干燥，制得产品。

 经测试，制得的复合型蜂窝体吸附天然气材料微孔孔径为1.5nm，比表面积2500 m²/g，微孔孔容为90%。