[发明专利]一种高性能氧吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工应用技术领域，具体涉及一种高性能氧吸附剂及其制备方法。

背景技术

氧气是一种化学性质活泼的气体，随着社会的发展，氧气在石油化工，冶炼工业，国防工业，医疗保健等领域有了越来越多的广泛应用。目前，制氧的主要方法有传统的低温精馏法，膜分离法和变压吸附法。低温法是较为传统的制氧方法，通过经空气压缩，冷却，湿空气饱和液化，再利用氧氮组分的沸点差，用精馏方法将氧氮分离，从而获得高纯度的氧和氮。低温法技术成熟，适用于大规模生产高纯氧气和氮气，是目前应用最为广泛的空气分离方法。膜分离法和变压吸附法是目前制氧的新兴技术，膜分离技术通过不同气体在膜中形成气体浓度梯度来分离，其特点是，操作装置简单，操作方便，不适合大型化生产，生产的氧纯度在40%～50%；而变压吸附是让空气通过含有吸附剂的吸附塔，通过吸附剂的选择性吸附来分离得到氧气，其特点为：流程简单，设备便易，中小型生产规模，生产所得的氧气氮气纯度为90%～99%。随着时间的推进，变压吸附分离技术得到了越来越广泛的研究和开发，特别是在吸附剂的研制和相关工艺技术上得到了较大进展。然而，变压吸附所使用的吸附剂性能例如吸附剂的吸附量，吸附分离系数，以及吸附剂强度等方面还有待进一步提高，这些都对变压吸附制氧技术的快速发展有着很大影响。

混合导体材料是一类同时具有氧离子和电子导电性能的新型陶瓷材料，对氧具有吸附选择性。当氧分压下降或温度升高时，又或者氧分压下降的同时温度升高时，这种材料便会失氧，当氧分压升高或者温度降低或者在温度降低且氧分压升高时，环境中的氧气又会进入到材料中。而且为了保持材料的电中性，在材料吸氧和失氧的同时，电子也在材料内传导。用作新型氧吸附剂的混合导体陶瓷材料与致密透氧膜的透氧机理类似，即通过氧空位与氧气发生化学反应来进行氧气的吸附与脱附，以及在驱动力的作用下氧在材料导体内进行传导，故而对氧的渗透选择性理论上为100%，远远大于分子筛的氧氮分离系数。虽然国内外学者对陶瓷材料用作混合导体透氧膜进行了大量的研究，但这种技术得以实现大规模的工业化还面临着很多问题，比如，膜材料要具备高透氧能力，要有足够的热化学稳定性，膜材料还应该与反应器组件的热膨胀系数相匹配，以实现较好的密封性，这些都很难在一个膜材料上同时实现。而将同类的混合导体陶瓷材料经过造粒用作新型氧吸附剂，在实际操作时，便不存在高温密封难或因膨胀断裂而失去吸氧能力等问题。因此，采用新型氧吸附剂进行氧分离和脱除有着非常广泛的应用前景。