[发明专利]一种改性锂低硅沸石分子筛及其制备方法

说明书

本发明涉及一种应用于吸附氮气、甲烷、一氧化碳等气体的低硅X型改性沸石分子筛,该分子筛可用于气体吸附分离、催化、离子交换等多种领域，具体为一种改性锂低硅沸石分子筛及其制备方法。该分子筛以低硅X型沸石分子筛原粉为原料，用锂离子交换去除Na‑LXS中钠离子，改性后的沸石分子筛显著提高了氮气、甲烷、一氧化碳等气体吸附容量，可广泛用于催化、离子交换、吸附分离等领域。

技术领域

本发明涉及一种应用于吸附氮气、甲烷、一氧化碳等气体的低硅X型改性沸石分子筛,该分子筛可用于气体吸附分离、催化、离子交换等多种领域，具体为一种改性锂低硅沸石分子筛及其制备方法。

背景技术

具有八面沸石结构(FAU)、硅铝原子比在1.0～1.1范围内的X型沸石分子筛称为低硅X型沸石分子筛(简称LSX)，其合成的原粉基本组成为钠离子型(Na-LXS)，因其晶体骨架具有较高电荷密度和较大孔径，具有良好的吸附性能，因而备受关注。

LXS具有分离气体效应是因为分子筛中的阳离子电场与气体之间存在着相互作用，这种相互作用与阳离子在分子筛中所处的位点及阳离子的种类有关。由于硅铝原子比低时骨架中铝氧四面体[AlO₂]^-增多而负电荷增加，为了保持沸石骨架的电荷平衡和稳定，就需要增加钠离子等阳离子的数量，这就形成了吸附中心，经离子交换改变阳离子种类和数量，可增强对气体的吸附作用力。Na-LXS脱水后，只有在SⅡ、SⅢ位置的阳离子才能与分子直径大于的吸附质分子接触，并对吸附质分子具有较强的作用力，吸附性能更高。

铝原子含量增加还使分子筛骨架空间增大，经过其他金属离子交换去除钠离子后，氮气、甲烷、一氧化碳等吸附量可能增大，与氢气、氧气等组分的分离系数更高，有利于提高化工工艺过程性能、降低运行费用，在气体吸附分离、催化、离子交换等多种领域引起人们的关注。而高氮气、甲烷、一氧化碳吸附容量的低硅沸石分子筛的组成、结构、制备和生产是复杂的系统过程，涉及到LSX合成、离子交换、成型、活化等问题。

传统无粘结剂5A分子筛对氮气吸附容量约0.5mmol/g、甲烷吸附容量约0.6mmol/g、一氧化碳吸附容量约1.3mmol/g。目前国内外文献和专利报道的锂离子、钙离子、银离子等交换的低硅沸石分子筛主要提高氮气吸附量，用于空气分离制氧领域。

美国专利(USP5068023，1993)指出，Li-LSX对氮气吸附容量比普通X和5A分子筛高2～3倍，从而引起变压吸附制氧的极大关注。美国专利(USP5068023，1993)指出，Li-LSX的锂离子交换度大于70％时，氮吸附容量才显著体高。

关莉莉等(Acta Phys.Chim.Sin.,2002,18:998～1004)对Na-LSX进行钙离子交换，发现随着钙离子交换度增加，该分子筛对氮气吸附量直线增长。Sicar等(USP4557763，1996)利用稀土金属离子(Sr²⁺)对Ca-LSX进行改性，Coe等(USP4481081，2002)利用镁、钙、锶和钡等金属离子对Na-LSX进行离子交换，均可提高对氮气的吸附容量。

刘利爽等(CN 102784617A)用锂和银离子交换改性A型、13X型、低硅铝比13X型分子筛，采用两段式PSA/VPSA，氮气为吸附相，可以制备纯度大于98％的氧气。

孙继红等(CN 103539150A)先通过离子锂交换Na-LSX分子筛到一定交换度后，再用钙离子得到[(Li,Ca)-LSX]，减少锂离子用量，其氮气吸附量最大值结余LI-LSX和Ca-LSX之间。