[发明专利]一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，具体是一种吸附分离CO₂和CH₄的改性活性炭吸附剂的制备方法，属于气体分离技术领域。

背景技术

目前，能源危机与环境问题日趋严重，许多国家相继开发利用沼气作为能源。沼气是一种清洁能源，其主要成分是CH₄和CO₂，通常情况下沼气中CH₄的含量约为60%～70%，CO₂含量约为30%～40%，此外还有少量的O₂、N₂等其它气体。从垃圾填埋场回收和利用沼气中的CH₄气体，从技术上和经济效益上来说都是可行的，而且是减排CH₄气体的一条有效途径。一个城市的集中垃圾填埋场有大量的CH₄气体，如果将其利用起来，就减排了相当数量的温室气体，并提供了新的能源来源途径；而同时CO₂的存在大大降低了单位体积气体的能量值，此时的沼气使用范围及其有限，且效率较低。此外，CO₂的存在还会腐蚀运输管道，造成危害。因此如何对CH₄和CO₂进行有效的分离，并分别加以利用，在当前具有重要的战略意义。在我国，农村大量的中、小型沼气池所产的沼气主要是用于做饭和照明，没有发挥出更大的经济效益；而在欧洲和北美，生产的沼气通过净化后并入天然气管网、用于沼气燃料电池发电、热电联产或用作汽车燃料，能产生更大的经济效益。

有效分离CH₄和CO₂的方法有吸收法、膜分离法、低温蒸馏法以及变压吸附法等。吸收法往往采用碱性溶液做吸收剂分离气体，技术操作复杂，能耗大，且容易产生废水污染。中国专利CN101693169A报道了一种分离CO₂、CH₄混合气体的复合膜的制备方法，通过将对CO₂具有强烈吸附性能的SAPO-34分子筛掺杂进入炭分子膜的前驱液中，从而促进了复合膜对CO₂的选择性渗透，提高了CO₂/CH₄的选择性。但是采用膜分离法通常需要脱水和过滤过程，增加了操作工艺的复杂性。

吸附法具有产品纯度高、能耗低、工艺流程简单、自动化程度高等优点，在天然气的净化和沼气的分离中的应用也越来越受到重视，国内外的许多学者都积极地研究吸附分离CO₂/CH₄技术。吸附分离法的关键就是吸附剂的选择。在分离CO₂/CH₄的吸附工艺中常用的有天然沸石、分子筛、硅胶、活性炭等。中国专利CN126871A报道了用天然形成的富钠斜发沸石作为吸附剂，采用变压吸附法从甲烷中大量分离二氧化碳。在低操作压力下可脱出大量的大部分二氧化碳。该吸附吸附分离效果较好，但使用天然沸石成本较高。活性炭具有发达的微孔结构，吸附容量大，价格低廉，在气体吸附分离领域中得到了广泛的应用。中国专利CN 101255945A公开了一种利用活性炭微球吸附剂脱除天然气中二氧化碳的技术，可以将天然气中的二氧化碳含量由约10.0体积%降低到0.05体积%。该发明中的活性炭微球吸附剂吸附脱附简单，能循环反复利用，但是在常压下吸附选择性不高。随着科技的发展，利用微波加热方式处理制得的活性炭因其受热均匀，成本低廉，制取方便，吸附性能良好等优点而成为研究的热点。目前，经微波处理的活性炭被广泛地应用于水质处理及净化领域，在一些气体净化领域内也得到应用，中国专利CN101693162A公布了一种利用微波辐射下的活性炭对锅炉烟气同时脱硫脱硝的方法，发明利用了微波的选择性加热性能，结合炭对SO2和NOX的还原能力，大大提高了同时脱硫、脱硝的效率，可以达到95%以上的脱硫率和90%以上的脱硝率。微波活性炭在吸附分离CO₂/CH₄气体领域中的应用，尚未见报道。

发明内容

本发明旨在提供了一种改性微波活性炭吸附剂的制备方法，通过本发明制备的吸附剂是能分离吸附CO₂和CH₄气体的改性微波活性炭吸附剂。

本发明中以微波活性炭作为载体，负载碱金属离子K离子作为活性组分进行改性，采用超声波等量浸渍，制得吸附剂。改性吸附剂的具体制备方法包括如下步骤：