[发明专利]一种利用壳聚糖制备超微孔碳材料及其制备方法与用于高选择性分离小分子烃的方法

说明书

本发明公开了一种利用壳聚糖制备超微孔碳材料及其制备方法与用于高选择性分离小分子烃的方法。该方法主要包括如下步骤：(1)水热碳的制备：将壳聚糖与去离子水混合搅拌，装入聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，然后放入烘箱中进行水热反应，抽滤、烘干得到水热碳，得到固体材料；(2)高温热调节热解：将步骤(1)所得固体材料置于瓷舟中，在惰性氛围、600‑900℃下进行高温热解反应，得到超微孔碳材料。本发明制备的壳聚糖基超微孔碳材料完整地保持了壳聚糖的骨架形貌，碳产率高，具有优先吸附烯烃且几乎完全排斥烷烃的筛分分离功能，吸附选择性高，吸附热低，具有很好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及小分子烯烃/烷烃吸附分离材料领域，具体涉及一种利用壳聚糖制备高选择性分离乙烯/乙烷和丙烯/丙烷的超微孔碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

乙烯(C₂H₄)是石化生产中最重要的原料，主要用于生产橡胶、薄膜和其他高附加值有机化学品。2016年，乙烯的全球产量超过1.5亿吨。丙烯(C₃H₆)是仅次于乙烯的全球第二大化工原料，既是三大合成材料的基本原料，也是生产聚丙烯、丙烯腈、丙烯酸、环氧丙烷等大宗化学品的主要原料。蒸气裂解是目前生产乙烯和丙烯最重要的工艺，即使在未来的工业生产中，蒸气裂解仍会是产量占比最大的工艺路线。蒸气裂解是石油烃类在高温(750-900℃)、高压和水蒸气条件下发生分子链断裂和脱氢反应，来制取乙烯、丙烯等低碳烯烃的过程。在裂解过程中还伴随少量其他反应，产生一定量的乙烷(C₂H₆)、丙烷(C₃H₈)等烷烃杂质。而要生产聚合级的烯烃(纯度达到99.5％)，必须将这些烷烃杂质分离出来。工业上小分子烯烃/烷烃的分离主要依赖条件苛刻的能量密集型深冷分离技术(乙烯/乙烷：塔板数100、23bar和248K；丙烯/丙烷：塔板数200、7-28bar和183-258K)。乙烯/乙烷以及丙烯/丙烷的分离被认为是改变世界的七种分离技术之一。吸附分离可以在较温和的条件下进行，并且具有较高的能量效率，是分离小分子烯烃/烷烃的潜在替代方法。然而，这些小分子烃类相似物由于具有相近的动力学直径和物理化学性质，制备同时具有高烯烃吸附量和高烯烃/烷烃吸附选择性的物理吸附剂极具挑战。