[发明专利]一种分离烯烃烷烃的微孔炭吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于气体分离领域，具体涉及一种分离烯烃烷烃的多孔吸附剂及其制备方法和应用，本发明所述分离烯烃烷烃的微孔炭吸附剂通过包括下述的制备方法得到：(1)按比例加入二维纳米材料、水和有机溶剂；(2)按比例向步骤(1)混合物中依次加入芳香胺类化合物、酚类化合物和醛类化合物进行聚合得到聚合物；(3)将上述聚合物进行凝胶老化得到老化聚合物；(4)将上述老化聚合物在惰性气氛条件下进行炭化处理得到微孔炭吸附剂产品。本发明提供的微孔炭吸附剂的骨架结构由厚度为50～350nm的纳米炭片连接而成，微孔的孔径范围为0.40～0.80nm，具有开放性的孔道以及适宜的孔尺寸，分离烯烃烷烃选择性高。

技术领域

本发明属于气体分离领域，涉及一种多孔炭吸附剂，特别涉及一种分离烯烃烷烃的多孔炭吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

多组分低碳烯烃烷烃混合物的分离与纯化是石油化工行业最重要的化工过程之一，特别是乙烯乙烷、丙烯丙烷的分离。工业上采用低温精馏工艺分离，但由于乙烯和乙烷的沸点温度只相差15℃，丙烯和丙烷的沸点只相差5.3℃，分离难度大，能耗高。

吸附分离是一种节能的气体分离技术，吸附分离过程的核心是吸附剂。目前已经公开的烯烃烷烃选择性分离吸附剂有负载型吸附剂如AgNO₃/SiO₂负载型吸附剂和CuCl负载型吸附剂、沸石分子筛以及多孔有机框架材料，但是，这类材料容易受到原料气中水汽及含硫化合物的污染，稳定性差，使用寿命短，且脱附困难、再生能耗高。

多孔炭吸附剂孔隙发达、比表面积高、具有良好的水热稳定性，作为一种分离材料，已经应用于诸多工业气体分离中。已经公开的分离烯烃烷烃的多孔炭吸附剂中，一般需要将活性炭二次处理，如中国专利CN103007885A报道了一种以多孔炭为载体，通过负载氯化亚铜制备的吸附剂，该吸附剂可应用于吸附分离烯烃烷烃；中国专利CN108025281A报道了使用聚合物浸渍活性炭，炭化后得到有效的微孔尺寸。这些方法步骤繁琐，能耗高。而且，传统方法合成的多孔炭一般是粉体，实际应用前需将其成型。然而，粉末炭成型过程中需要加入粘结剂，而粘结剂的加入会堵塞孔隙，不利于气体在吸附床层的扩散和传质，降低气体的吸附分离效率。

同碳数烯烃烷烃混合物如丙烷和丙烯或乙烷和乙烯的分子大小接近，沸点、化学性质和物理性质也相似，这为设计分离乙烯乙烷或丙烯丙烷的吸附剂带来很大挑战。多孔炭吸附剂具有复杂的无定形结构特征，由于缺乏精细调控多孔炭微孔尺寸、构型和炭壁极性的有效手段，用于同碳数乙烯乙烷或丙烯丙烷的分离时选择性低。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的之一在于提供一种分离烯烃烷烃的微孔炭吸附剂。本发明的目的之二是提供一种利用上述微孔炭吸附剂分离烯烃烷烃混合气的方法。本发明的目的之三是提供上述微孔炭吸附剂在烯烃烷烃混合气体分离中的应用。

本发明的技术方案：

一种分离烯烃烷烃的微孔炭吸附剂，其特征在于，所述微孔炭吸附剂的骨架结构由纳米炭片连接而成，所述分离烯烃烷烃的微孔炭吸附剂通过包括下述的制备方法得到：

(1)按比例加入二维纳米材料、水和有机溶剂，其中，水和二维纳米材料的重量比为100～300:1，有机溶剂和水重量比为1～3:1；

(2)按比例向步骤(1)混合物中依次加入芳香胺类化合物、酚类化合物和醛类化合物进行聚合得到聚合物，其中，聚合反应温度为30～50℃，酚类化合物与二维纳米材料的重量比为50～100:1，醛类化合物与酚类化合物的摩尔比为1～5:1，芳香胺类化合物与醛类化合物的摩尔比为0.2～5:1；

(3)将上述聚合物进行凝胶老化得到老化聚合物；

(4)将上述老化聚合物在惰性气氛条件下进行炭化处理得到微孔炭吸附剂。

优选的是，上述微孔炭吸附剂中微孔孔径范围为0.40～0.80nm。