[发明专利]含氧微孔活性炭及其制备和在选择性吸附乙烷中的应用

说明书

本发明公开了一种含氧微孔活性炭及其制备方法和在选择性吸附乙烷中的应用。所述含氧微孔活性炭中，孔径分布在之间的孔的容积之和为总孔容的40％～80％。所述制备方法包括：将质量比为1:1～10的生物质炭与KOH研磨混合、真空干燥后于300～1000℃惰性气氛活化，活化产物经清洗、干燥得到所述含氧微孔活性炭。将所述含氧微孔活性炭与含有乙烷的混合物接触，完成对乙烷的选择性吸附。

技术领域

本发明涉及选择性吸附乙烷技术领域，具体涉及一种含氧微孔活性炭及其制备和在选择性吸附乙烷中的应用。

背景技术

乙烯(C₂H₄)是重要的化工原料，到2020年全球C₂H₄产量超过2×10⁸t。蒸汽裂解产生的乙烯中含有一定含量的乙烷杂质。然而，乙烯乙烷分子尺寸接近物理性质相似，乙烯乙烷的分离难度大。目前工业上想要获得聚合级乙烯主要采用低温精馏的方式，但是苛刻的操作条件(0.7-2.8MPa,183-256K)使得分离过程能耗大、物耗高。据统计，乙烯/乙烷分离所产生的碳排放占全球碳排放的近0.8％，寻找低能耗的乙烯乙烷分离方法具有重要的工业意义。

吸附分离法由于其物理吸附的特性，具有分离能耗低、操作条件温和等优点，是具有应用潜力的乙烯乙烷分离技术。吸附剂是发展高效吸附分离技术的关键，其分离性能显著影响分离过程的能耗和效率，因此乙烯乙烷吸附剂的研究引起了广泛的关注。其中，含不饱和金属位点的金属有机框架材料(MOFs)以及含游离阳离子的分子筛被发现可以通过π络合作用选择性与烯烃的双键结合，从而实现乙烯/乙烷分离。此外，具有合适孔径的多孔材料可以实现乙烯和乙烷的动力学分离或分子筛分，例如ITQ-55(Science 2017:358:1068-1071.)、ZnAtzPO₄(Sci.Adv.2020:6:eaaz4322.)。尽管部分乙烯选择性多孔材料表现出良好的乙烯乙烷分离性能，但是受限于选择性，吸附乙烯的同时不可避免的吸附乙烷，导致直接脱附得到的乙烯纯度低，需通过多次的吸附-解吸循环才能得到聚合级乙烯气体(99.5％)，过程复杂且需要额外的能耗。相比之下，乙烷选择性吸附的多孔材料可以直接得到高纯度乙烯，同时，对于乙烷含量较少的乙烯混合气，采用乙烷选择性多孔材料可以缩小吸附柱尺寸，减少吸附剂用量，提高分离效率。