[发明专利]一种微球结构的中空分子筛及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微球结构的中空分子筛其及制备方法，其呈微球状态，且所述中空分子筛的粒径为4～6mm，壁厚为500～2000μm，制备时，首先在较温和的条件下合成溶胶状的分子筛，然后向其中加入表面带有正电荷的改性聚苯乙烯树脂，由于分子筛物质带有负电，因此在静电吸附的作用下，分子筛会沉积到树脂颗粒表面形成均匀的分子筛膜，最后再高温煅烧去除内部的树脂颗粒，形成中空状的分子筛微球。与现有技术相比，本发明极大的提高了多孔材料在流体中的使用效率，且制备简单，适用范围较广。

技术领域

本发明涉及多孔材料技术领域，具体涉及一种微球结构的中空分子筛及其制备方法。

背景技术

多孔材料自发明以来，就以其独特的孔结构迅速引起了众多学者的关注。常用的多孔材料有活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、沸石、分子筛、大孔吸附树脂等，由于其具有比表面积大、孔隙率高、孔径丰富等优点，被广泛的应用到了吸附、催化、色谱、气体分离、能源储存等领域。

多孔材料实现上述用途的前提，是反应物可以进入到多孔材料的孔隙内部，才可以与其巨大的孔道表面以及表面所接枝的各类化学官能团发生反应。以多孔材料在气体吸附分离领域的应用为例，已知多孔材料在吸附某一气体分子实现多组分气体分离的过程中，会受到位阻效应、动力学效应和平衡效应的影响。位阻效应的机理类似于筛网，只有气体分子的尺寸小于孔道的孔径，其才可以进入多孔材料的孔道并在孔道内继续扩散至材料内部。动力学效应主要是根据不同气体分子在孔道内的扩散速率不同而实现多组分气体分离的目的，平衡效应则是通过多孔材料对不同气体分子的平衡吸附能力不同而影响其在孔道内的运动。在实际的应用中，气体分子在上述三种效应的综合影响下，其在多孔材料孔道内的扩散深度往往只有多孔材料半径的30～50％，因此多孔材料内部的孔道表面通常是无法发挥作用的。此外，在气体的动态吸附过程中，多孔材料往往是堆积在填充柱中，但由于气体分子无法扩散至多孔材料的内部空间，因此会极大的限制气体分子在填充柱内的运动，使气体流动的阻力增大，降低多孔材料对气体分子的吸附分离效率，并且形成的局部高压还会对仪器造成一定的损害。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在流体中使用效率高且合成简单的微球结构的中空分子筛及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种微球结构的中空分子筛，该中空分子筛呈微球状态，且所述中空分子筛的粒径为4～6mm，所述中空分子筛的壁厚为500～2000nmμm，所述中空分子筛由质量比呈(50～60)：1的正硅酸四乙酯、异丙醇铝反应制备得到。在液体或气体的流体中，吸附质分子进入该多孔微球材料的孔道后会被内表面所吸附，而基质分子由于不会被吸附则会继续向孔道的内部扩散，由于该多孔微球材料呈中空状，所以基质分子在材料内部扩散运动时不会遇到阻力，可以极大的提高基质分子在该微球内部以及微球之间的穿透能力，有效的减小流体整体的流动阻力，从而提高该多孔微球材料的使用效率。

一种上所述微球结构的中空分子筛的制备方法，包括以下步骤：

(1)将正硅酸四乙酯和异丙醇铝与氢氧化四乙铵、氢氧化钠及去离子水混合，油浴搅拌条件下，反应得到溶胶状分子筛粗品；然后过滤去除母液，得到的溶胶状物质溶于去离子水中，调节pH，得到到溶胶状分子筛；

(2)将聚苯乙烯树脂浸泡在去离子水中，加入阳离子聚合物，调节pH后，在水浴搅拌条件下，得到改性聚苯乙烯树脂粗品，洗涤得到表面带有正电荷的改性聚苯乙烯树脂；

(3)将步骤(2)得到的表面带有正电荷的改性聚苯乙烯树脂加入到步骤(1)得到的溶胶状分子筛中，匀速搅拌使两者反应，得到将分子筛-聚苯乙烯树脂复合物，过滤、烘干、煅烧，即得所述微球结构的中空分子筛。

本发明首先在较温和的条件下合成溶胶状的分子筛，然后向其中加入表面带有正电荷的改性聚苯乙烯树脂，由于分子筛物质带有负电，因此在静电吸附的作用下，分子筛会沉积到树脂颗粒表面形成均匀的分子筛膜，最后再高温煅烧去除内部的树脂颗粒，形成中空状的分子筛微球。