去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，該制備方法是在基板上通過溶液合成的方法制備氧化鋅納米柱陣列，該氧化鋅納米柱陣列和基板結(jié)合牢固，并把多個基板排列于純化器內(nèi)組成純化系統(tǒng)，這種制備方法具有工藝簡單，反應(yīng)溫度低，不受尺寸限制，成本低，并且純化系統(tǒng)具有較好的乙烯吸附性能，純化度高，吸附量大，選擇性好。
【專利說明】去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及二氧化碳回收【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種制備沉積氧化鋅納米柱陣列的基板組成的純化系統(tǒng)可用于二氧化碳回收工藝中去除乙烯的新方法。
【背景技術(shù)】
[0002]二氧化碳是一種寶貴的資源，可以被廣泛地應(yīng)用于多種領(lǐng)域:化學(xué)合成工業(yè)、機械保護焊接、金屬鑄造加工、農(nóng)業(yè)施肥、果品蔬菜保鮮、啤酒飲料灌裝、石油開采、消防滅火、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)都需要大量二氧化碳。我國二氧化碳的來源非常豐富，但由于回收二氧化碳的措施不利，每年回收再利用的二氧化碳還不足排放量的2%，世界范圍內(nèi)每年排放到大氣中的二氧化碳大約有200億噸左右，既造成了大氣的污染，形成可怕的溫室效應(yīng)，又浪費了寶貴的資源。
[0003]近年來隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，二氧化碳消費量逐年增長而二氧化碳的生產(chǎn)往往受資源限制，因此二氧化碳產(chǎn)品一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。
[0004]乙烯氧化制備環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)過程中副產(chǎn)大量的二氧化碳，充分利用這部分碳資源，對二氧化碳進行精制提純，既減少了大量污染，又增加企業(yè)的經(jīng)濟效益。
[0005]但是，乙烯氧化制備環(huán)氧乙烷后會在二氧化碳尾氣中殘留部分乙烯，造成二氧化碳純化困難。
[0006]以前二氧化碳中雜質(zhì)氣體的分離主要采用催化燃燒法，在催化劑的作用下將原料氣中的有機物燃燒生成水和二氧化碳。催化燃燒法首先要建一套深冷空分法生產(chǎn)液氧的裝置，把純氧加入到已經(jīng)有96%純度的二氧化碳中，與之混合,然后全部氣體加熱到350°C,進入催化燃燒器中，靠過量氧氣作用把少量有機雜質(zhì)燒掉。生成的全部氣體再降溫到20°C左右，穩(wěn)壓后進入壓縮機中增壓，經(jīng)過分子篩干燥脫水，吸附除雜質(zhì)，再經(jīng)過液化后進入精餾塔中脫除加入的過量氧氣，塔底可以得到液體二氧化碳產(chǎn)品。
[0007]催化燃燒法整整比吸附精餾法多了一套液氧生產(chǎn)裝置和燃燒加熱降溫系統(tǒng)，流程比吸附精餾法復(fù)雜一倍，帶來空氣液化和催化升溫降溫過程的操作要比吸附精餾麻煩許多倍。另外，吸附精餾法的吸附部分在常溫條件下操作，而催化燃燒法的液氧生產(chǎn)系統(tǒng)要把空氣液化，要消耗大量能源，吸附精餾法的生產(chǎn)成本較低。
[0008]但是以往吸附精餾法的純化器采用分子篩對雜質(zhì)氣體進行純化，純化能力有限。本專利對傳統(tǒng)純化器的結(jié)構(gòu)進行了更改，采用更有效的純化材料，增強了乙烯的吸附能力，此純化系統(tǒng)具有較好的乙烯吸附性能，純化度高，吸附量大，選擇性好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服上述【背景技術(shù)】的缺點，提供一種利用溶液合成的方法在基板上制備氧化鋅納米柱陣列，并把多個基板排列于純化器內(nèi)組成純化系統(tǒng)，然后去除二氧化碳中乙烯的方法。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種制制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，該方法主要分為三個步驟，分別是準(zhǔn)備工作、氧化鋅納米柱陣列制備、基板安裝，具體工藝步驟如下:
步驟一，準(zhǔn)備工作:
首先準(zhǔn)備各種原材料，并配制各個配比的溶液。
[0011]去離子水；
無水乙醇，純度大于99.5%；
醋酸鋅，Zn (CH3COO)2.2H20，含量 >99.8% 的粉末；
氫氧化鋰，LiOH.H2O,含量>99.7%的粉末；
硝酸鋅，Zn(NO3)2.6H20，含量>99.5%的粉末；
氨水，NH3.H2O, NH3含量>25%的溶液；
恒溫水浴槽，控溫范圍室溫?300°C，控溫精度0.1 / 0.0l0C ；
旋涂機，轉(zhuǎn)數(shù)300 - 10000轉(zhuǎn)/分；
燒結(jié)爐，控溫范圍室溫?1200°C，；
步驟二，氧化鋅納米柱陣列制備:
(1)將Zn(CH3COO)2.2Η20溶液加到適量的無水乙醇中，然后加熱回流0.5h，自然冷卻；
(2)再加入一定量的LiOH.H2O,超聲反應(yīng)I h即可獲得穩(wěn)定的ZnO溶膠；
(3)溶膠制備完成后，利用提拉法、旋涂法在基板表面制備一層ZnO顆粒膜；
(4)將ZnO顆粒膜在高溫下熱處理2h，備用；
(5)常溫下將Zn(NO3)2.6H20溶解在去離子水中，再加入過量氨水，在磁力攪拌器上攪拌均勻，并加入適量的銅，錳，鋅，鉬，鈦等元素的金屬鹽用作活性組分對ZnO納米柱陣列進行改性，此溶液作反應(yīng)液備用；
(6)將上述沉積單層ZnO顆粒膜的基板豎直放入配好的反應(yīng)液中；
(7)在恒溫水浴中反應(yīng)2h即在襯底上制備了有序陣列；
(8)有序陣列在高溫下熱處理2h得到ZnO納米柱陣列；
(9)利用上述步驟在多個基板上制備ZnO納米柱陣列；
步驟三，基板安裝:
在純化器內(nèi)部，將基板上下排列，其中第一張基板右側(cè)連接純化器壁，左側(cè)留有空缺，第二張基板左側(cè)連接純化器壁，右側(cè)留有空缺，依次這樣排列直至填充純化器內(nèi)部，組成氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)。
[0012]所述的步驟二中Zn(CH3COO)2.2Η20和無水乙醇混合比例為Ii(Zn(CH3O)O)2.2Η20)/n (C2H5OH)在(λ 001 到 0.003 之間。
[0013]所述的步驟二中Zn(CH3COO)2.2Η20和無水乙醇混合后加熱回流的最低溫度為60°C，最高溫度為80°C。
[0014]所述的步驟二中LiOH.H2O加入的量和Zn(CH3COO)2.2H20的比例為η (Zn (CH3COO) 2.2H20) /n (LiOH.H2O)在 0.5 到 0.9 之間。
[0015]所述的步驟二中Zn(NO3)2.6H20加入到氨水中和氨水的混合比例為n (NH3.H2O)/η (Zn (NO3) 2.6Η20)在 2.5 到 5 之間。
[0016]所述的步驟二中氧化鋅納米柱陣列的水浴反應(yīng)溫度最低為65°C，最高為95°C。
[0017]所述的步驟二中氧化鋅納米柱陣列的熱處理溫度最低為350°C，最高為500°C。[0018]本發(fā)明的有益效果是:這種制備方法具有工藝簡單，反應(yīng)溫度低，不受尺寸限制，成本低，并且純化系統(tǒng)具有較好的乙烯吸附性能，純化度高，吸附量大，選擇性好。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明純化器內(nèi)部基板安裝結(jié)構(gòu)示意圖；
其中:1、基板，2、進氣口，3、出氣口。
【具體實施方式】
[0020]本實施例為一種制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，該方法主要分為三個步驟，分別是準(zhǔn)備工作、氧化鋅納米柱陣列制備、基板安裝，具體工藝步驟如下:
步驟一，準(zhǔn)備工作:
首先準(zhǔn)備各種原材料，并配制各個配比的溶液。
[0021]去離子水；
無水乙醇，純度大于99.5%；
醋酸鋅，Zn (CH3COO)2.2H20，含量 >99.8% 的粉末；
氫氧化鋰，LiOH.H2O,含量>99.7%的粉末；
硝酸鋅，Zn(NO3)2.6H20，含量>99.5%的粉末；
氨水，NH3.H2O, NH3含量>25%的溶液；
恒溫水浴槽，控溫范圍室溫?300°C，控溫精度0.1 / 0.0l0C ；
旋涂機，轉(zhuǎn)數(shù)300 - 10000轉(zhuǎn)/分；
燒結(jié)爐，控溫范圍室溫?1200°C，；
步驟二，氧化鋅納米柱陣列制備:
(1)將Zn(CH3COO) 2.2H20溶液加到適量的無水乙醇中，Zn (CH3COO) 2.2H20和無水乙醇混合比例為η (Zn (CH3COO)2.2H20) /n (C2H5OH)在0.001到0.003之間，然后加熱回流0.5h，混合后加熱回流的最低溫度為60°C,最高溫度為80°C,最后再進行自然冷卻；
(2)再加入一定量的LiOH.H2O, LiOH.H2O 和 Zn(CH3COO)2.2H20 的比例為η (Zn (CH3COO)2.2H20)/n (LiOH.Η20)在0.5到0.9之間，超聲反應(yīng)I h即可獲得穩(wěn)定的ZnO溶膠；
(3)溶膠制備完成后，利用提拉法、旋涂法在基板表面制備一層ZnO顆粒膜；
(4)將ZnO顆粒膜在高溫下熱處理2h，備用；
(5)常溫下將Zn(NO3)2.6H20溶解在去離子水中，再加入過量氨水，Zn (NO3)2.6H20加入到氨水中和氨水的混合比例為n(NH3.H2O)/n(Zn(NO3)2.6H20)在2.5到5之間，在磁力攪拌器上攪拌均勻，并加入適量的銅，錳，鋅，鉬，鈦等元素的金屬鹽用作活性組分對ZnO納米柱陣列進行改性，此溶液作反應(yīng)液備用；
(6)將上述沉積單層ZnO顆粒膜的基板豎直放入配好的反應(yīng)液中；
(7)在最低為65°C，最高為95°C恒溫水浴中反應(yīng)2h即在襯底上制備了有序陣列；
(8)有序陣列在最低為350°C，最高為500°C高溫下熱處理2h得到ZnO納米柱陣列；
(9)利用上述步驟在多個基板上制備ZnO納米柱陣列；步驟三，基板安裝:
如圖1所示，在純化器內(nèi)部，將基板上下排列，其中第一張基板右側(cè)連接純化器壁，左側(cè)留有空缺，第二張基板左側(cè)連接純化器壁，右側(cè)留有空缺，依次這樣排列直至填充純化器內(nèi)部，組成氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)。
[0022]下面列舉兩個最佳實施例說明本發(fā)明方法:
實施例1:
1)Zn (CH3COO) 2.2H20 加到適量的無水乙醇中，η (Zn (CH3COO) 2.2H20) /n (C2H5OH)的混合比例為0.001，然后在60 - 80°C的溫度下加熱回流0.5h，自然冷卻；
2)再加入一定量的LiOH.Η20，η (Zn (CH3COO)2.2Η20)/n (LiOH.Η20)的混合比例為 0.6，超聲反應(yīng)I h即可獲得均一穩(wěn)定的ZnO溶膠；
3)溶膠制備完成后，利用提拉法在基板表面制備一層ZnO顆粒膜；
4)將ZnO顆粒膜在高溫下熱處理2h，備用；
5)常溫下將Zn(NO3)2.6H20溶解在去離子水中，再加入過量氨水，n(NH3.H2O)/η (Zn (NO3)2.6Η20)的混合比例為3，在磁力攪拌器上攪拌均勻，并加入適量的氯化銅做為活性組分對ZnO納米柱陣列進行改性，此溶液作反應(yīng)液備用； 6)將上述沉積單層ZnO顆粒膜的基板豎直放入配好的反應(yīng)液中；
7)在70°C的恒溫水浴中反應(yīng)2h即在襯底上制備了有序陣列；
8)有序陣列在400°C的高溫下熱處理2h得到ZnO納米柱陣列；
9)利用類似的方法在多個基板上制備ZnO納米柱陣列；
10)然后把多個基板按照圖1中所示的樣式排列于純化器內(nèi)組成純化系統(tǒng)。
[0023]實施例2:
1)將Zn (CH3COO) 2.2H20 加到適量的無水乙醇中，η (Zn (CH3COO) 2.2H20) /n (C2H5OH)的混合比例為0.002，然后在60 - 80°C的溫度下加熱回流0.5h，自然冷卻；
2)再加入一定量的LiOH.Η20，η (Zn (CH3COO)2.2Η20)/n (LiOH.Η20)的混合比例為 0.7，超聲反應(yīng)I h即可獲得均一穩(wěn)定的ZnO溶膠；
3)溶膠制備完成后，利用旋涂法在基板表面制備一層ZnO顆粒膜；
4)將ZnO顆粒膜在高溫下熱處理2h，備用；
5)常溫下將Zn(NO3)2.6H20溶解在去離子水中，再加入過量氨水，n(NH3.H2O)/η (Zn (NO3)2.6Η20)的混合比例為4，在磁力攪拌器上攪拌均勻，并加入適量的氯化銅做為活性組分對ZnO納米柱陣列進行改性，此溶液作反應(yīng)液備用；
6)將上述沉積單層ZnO顆粒膜的基板豎直放入配好的反應(yīng)液中；
7)在80°C的恒溫水浴中反應(yīng)2h即在襯底上制備了有序陣列；
8)有序陣列在500°C的高溫下熱處理2h得到ZnO納米柱陣列；
9)利用類似的方法在多個基板上制備ZnO納米柱陣列；
10)然后把多個基板按照圖1中所示的樣式排列于純化器內(nèi)組成純化系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法其特征是該方法主要分為三個步驟，分別是準(zhǔn)備工作、氧化鋅納米柱陣列制備、基板安裝，具體工藝步驟如下: 步驟一，準(zhǔn)備工作: 首先準(zhǔn)備各種原材料，并配制各個配比的溶液； 去離子水； 無水乙醇，純度大于99.5%； 醋酸鋅，Zn (CH3COO)2.2H20，含量 >99.8% 的粉末； 氫氧化鋰，LiOH.H2O,含量>99.7%的粉末； 硝酸鋅，Zn(NO3)2.6H20，含量>99.5%的粉末； 氨水，NH3.H2O, NH3含量>25%的溶液； 恒溫水浴槽，控溫范圍室溫~300°C，控溫精度0.1 / 0.010C ； 旋涂機，轉(zhuǎn)數(shù)300 - 10000轉(zhuǎn)/分； 燒結(jié)爐，控溫范圍室溫~1200°C ； 步驟二，氧化鋅納米柱陣列制備: (1)將Zn(CH3COO)2.2Η20溶液加到適量的無水乙醇中，然后加熱回流0.5h，自然冷卻； (2)再加入一定量的LiOH.H2O,超聲反應(yīng)I h即可獲得穩(wěn)定的ZnO溶膠； (3)溶膠制備完成后，利用提拉法、旋涂法在基板表面制備一層ZnO顆粒膜； (4)將ZnO顆粒膜在高溫下熱處理2h，備用； (5)常溫下將Zn(NO3)2.6H20溶解在去離子水中，再加入過量氨水，在磁力攪拌器上攪拌均勻，并加入適量的銅，錳，鋅，鉬，鈦等元素的金屬鹽用作活性組分對ZnO納米柱陣列進行改性，此溶液作反應(yīng)液備用； (6)將上述沉積單層ZnO顆粒膜的基板豎直放入配好的反應(yīng)液中； (7)在恒溫水浴中反應(yīng)2h即在襯底上制備了有序陣列； (8)有序陣列在高溫下熱處理2h得到ZnO納米柱陣列； (9)利用上述步驟在多個基板上制備ZnO納米柱陣列； 步驟三，基板安裝: 在純化器內(nèi)部，將基板上下排列，其中第一張基板右側(cè)連接純化器壁，左側(cè)留有空缺，第二張基板左側(cè)連接純化器壁，右側(cè)留有空缺，依次這樣排列直至填充純化器內(nèi)部，組成氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，其特征是所述的步驟二中Zn(CH3COO)2.2H20和無水乙醇混合比例為η (Zn (CH3COO) 2.2H20) /n (C2H5OH)在 0.001 到 0.003 之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，其特征是所述的步驟二中Zn(CH3COO)2.2H20和無水乙醇混合后加熱回流的最低溫度為60°C，最高溫度為80°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，其特征是所述的步驟二中LiOH.H2O加入的量和Zn(CH3COO)2.2H20的比例為η (Zn (CH3COO) 2.2H20) /n (LiOH.H2O)在 0.5 到 0.9 之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，其特征是所述的步驟二中Zn(NO3)2.6H20加入到氨水中和氨水的混合比例為n (NH3.H2O) /n (Zn (NO3)2.6H20)在 2.5 到 5 之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，其特征是所述的步驟二中氧化鋅納米柱陣列的水浴反應(yīng)溫度最低為65°C，最高為 95。。。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述制備用于去除二氧化碳中乙烯的氧化鋅納米柱陣列純化系統(tǒng)的方法，其特征是所述的步驟二中氧化鋅納米柱陣列的熱處理溫度最低為350°C，最高為500。。。
【文檔編號】C01B31/20GK103736441SQ201310690940
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】金向華, 孫猛, 李荷慶 申請人:蘇州金宏氣體股份有限公司