一種生物改性龍須草纖維CMSCH₄濃縮甲烷碳分子篩的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法：(1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性；（2）粘合：將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合：取步驟（1）得到的改性龍須草纖維細(xì)粉38?55份，10?12份云母粉、植物淀粉22份、15?20份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min；（3）成型；（4）炭化及調(diào)孔處理；（5）活化：將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10％濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700℃。
【專利說明】
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于高分子化工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩。
【背景技術(shù)】
[0002]碳分子篩(Carbon Molecular Sieve，CMS)廣義上是擁有納米級超細(xì)微孔的一種非極性炭質(zhì)吸附材質(zhì)，狹義上是微孔分布較均勻的活性炭，因其由無定形炭與結(jié)晶炭組成，所以碳分子篩的孔隙結(jié)構(gòu)很發(fā)達(dá)，并且具有獨(dú)特的表面特征。因?yàn)镃MS的楔形微孔與被吸附分子直徑大小接近，大部分是有效微孔，并且具有根據(jù)分子大小調(diào)整CMS孔徑大小的特點(diǎn)，從而具有篩選分子的能力。CMS獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)以及穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)使其在化學(xué)工業(yè)中應(yīng)用廣泛，此外，在氮?dú)渖a(chǎn)、廢水處理、環(huán)境保護(hù)、軍事國防、防毒面具等領(lǐng)域也得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]制備碳分子篩的原料很多，來源也很廣。理論上可由不同的初始材料經(jīng)過不同的制備工藝，得到孔徑大小和分布各異的碳分子篩。實(shí)驗(yàn)表明，低灰分產(chǎn)率、高含碳量和高揮發(fā)分的原料比較適合制備高性能的碳分子篩。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)公開過用多種原料制備碳分子篩的方法，但是用龍須草纖維作為主要原料的報(bào)道還沒有，這是因?yàn)辇堩毑堇w維并不符合低灰分產(chǎn)率、高含碳量和高揮發(fā)分的要求。龍須草纖維蘊(yùn)藏于龍須草葉內(nèi)，屬葉纖維類。目前世界上龍須草纖維尚未得到大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用，龍須草主要用以制漿造紙、水土保持、制作手工編織品。
[0005]很多含甲烷的氣體，如煤礦瓦斯氣、沼氣和垃圾填埋氣，含有大量的氮?dú)?、二氧化碳、氧氣等無用或有害的氣體，使其利用效率低或難于利用，為了擴(kuò)大這類氣源的用途并提高其利用效率，常需要進(jìn)行提濃。在煤礦開采過程中，從礦井抽排出大量瓦斯氣，由于混入了大量空氣，Φ (CH4)只有20%左右，甚至低于5%，這種低濃度的煤層氣含大量的氮?dú)夂蜁?huì)帶來爆炸危險(xiǎn)的氧氣。長期以來，因經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)保意識等種種原因，大量低濃度煤層氣因無法利用而被排放到大氣中，由于甲烷的溫室效應(yīng)是CO2的21倍，對環(huán)境危害很大。開發(fā)先進(jìn)的技術(shù)對甲烷濃縮利用，是減少其排放的重要途徑。
[0006]本發(fā)明旨在提供一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩，通過對龍須草纖維改性生物發(fā)酵改性處理，可以制備得到有效提高甲烷成品濃度和回收經(jīng)濟(jì)效益的碳分子篩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]基于【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明針對【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩，通過對龍須草纖維改性生物發(fā)酵改性處理，可以制備得到有效提高甲烷成品濃度和回收經(jīng)濟(jì)效益的碳分子篩。
[0008]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下: (1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性:
預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理50-60min，用清水清洗干凈；
發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵120-150min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉；
(2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉38-55份，10-12份云母粉、植物淀粉22份、15-20份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min;
(3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干；
(4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在850°C-900°C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700°C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間80-120分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780°C恒溫；
(5)活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10%濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。
[0009]本發(fā)明的有益之處在于:
本發(fā)明工藝簡單，采用龍須草作為原料，突破了碳分子篩的原料限制，價(jià)格便宜，制備得到的本發(fā)明的CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩吸附劑可使V(CH4) /V(N2) /V(O2) =5/79/16的含氧混合氣濃縮為 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品氣 ％;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合氣濃縮為Φ (CH4) =94.3-96.8%的成品氣。
【具體實(shí)施方式】
[0010]實(shí)施例1:
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下:
(1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性:
預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理50min，用清水清洗干凈；
發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵150min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉；
(2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉38份，12份云母粉、植物淀粉22份、15份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min;
(3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干；
(4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在900 0C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700 °C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間80分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780 °C恒溫； (5)活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10 %濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。
[0011]結(jié)果:
本發(fā)明的CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩吸附劑可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合氣濃縮為 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品氣 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合氣濃縮為Φ (CH4) =96.8%的成品氣。
[0012]實(shí)施例2:
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下:
(1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性:
預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理60min，用清水清洗干凈；
發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵120min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉；
(2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉55份，1份云母粉、植物淀粉22份、20份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min;
(3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干；
(4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在850 0C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700 °C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間120分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780 °C恒溫；
(5)活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10%濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。
[0013]結(jié)果:
本發(fā)明的CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩吸附劑可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合氣濃縮為 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品氣 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合氣濃縮為Φ (CH4) =94.3%的成品氣。
實(shí)施例3:
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下:
(1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性:
預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理59min，用清水清洗干凈；
發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵140min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉；
(2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉40份，11份云母粉、植物淀粉22份、16份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min ； (3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干；
(4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在890 0C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700 °C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間90分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780 °C恒溫；
(5)活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10%濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。
[0014]結(jié)果:
本發(fā)明的CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩吸附劑可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合氣濃縮為 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品氣 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合氣濃縮為Φ (CH4) =95.7%的成品氣。
實(shí)施例4:
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下:
(1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性:
預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理51min，用清水清洗干凈；
發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵130min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉；
(2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉53份，1份云母粉、植物淀粉22份、19份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min;
(3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干；
(4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在860 0C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700 °C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間110分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780 °C恒溫；
(5)活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10%濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。
[0015]結(jié)果:
本發(fā)明的CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩吸附劑可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合氣濃縮為 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品氣 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合氣濃縮為Φ (CH4) =96.2%的成品氣。
[0016]實(shí)施例5:
一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下:
(I)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性:
預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理58min，用清水清洗干凈；
發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵145min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉；
(2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉39份，12份云母粉、植物淀粉22份、17份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min;
(3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干；
(4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在880 0C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700 °C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間100分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780 °C恒溫；
(5)活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10%濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。
[0017]結(jié)果:
本發(fā)明的CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩吸附劑可使V(CH4)/V(N2)/V(02)=5/79/16的含氧混合氣濃縮為 Φ (CH4)=28-32%、Φ (02)<0.3%的成品氣 %;可使V(CH4)/V(N2)=30/70 的混合氣濃縮為Φ (CH4) =94.9%的成品氣。
[0018]由此可見，本發(fā)明的工藝在原料的控制上進(jìn)行了優(yōu)化，尤其是對龍須草纖維的微生物改性工藝，出乎意料的改進(jìn)了碳分子篩的性能。
[0019]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種生物改性龍須草纖維CMSCH4濃縮甲烷碳分子篩的制備方法，其步驟如下: (1)對龍須草纖維進(jìn)行發(fā)酵改性: 預(yù)處理:將龍須草纖維投入1%濃度的海藻糖溶液中浸沒，恒溫80°C處理50-60min，用清水清洗干凈； 發(fā)酵處理:將枯草芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌、鞘氨醇單胞菌按照數(shù)量比為1: 0.2:0.6配制成復(fù)合菌劑;按照接種量0.5%的比例接種復(fù)方菌劑，接種方式為將復(fù)方菌劑調(diào)配成菌液，均勻噴灑在預(yù)處理后的廢棄龍須草纖維上，然后恒溫38°C發(fā)酵120-150min，接著100°C烘干，磨成100微米的細(xì)粉； (2)粘合:將按照質(zhì)量份數(shù)將下述原料混合:取步驟(I)得到的改性龍須草纖維細(xì)粉38-55份，10-12份云母粉、植物淀粉22份、15-20份水進(jìn)行粘合，粘合時(shí)間為20min; (3)成型:用雙螺桿擠條成型機(jī)對粘合好的原料進(jìn)行擠條成型，將成型好的原料晾干； (4)炭化及調(diào)孔處理:將晾好的原料導(dǎo)入轉(zhuǎn)爐內(nèi)進(jìn)行炭化調(diào)孔，溫升速率15°C/分鐘，在850°C-900°C條件下進(jìn)行炭化，達(dá)到最高溫后，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下降溫至700°C恒溫，將通入氮?dú)獾牧髁靠刂圃?立方米/小時(shí)，調(diào)孔劑流量為18毫升/分鐘進(jìn)行孔徑調(diào)整，調(diào)整時(shí)間80-120分鐘，產(chǎn)品在轉(zhuǎn)爐內(nèi)用氮?dú)獗Ｗo(hù)維持780°C恒溫； (5 )活化:將炭化后的產(chǎn)品在濃度為10 %濃度的KOH中浸漬0.5h，干燥后在管式爐中氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行活化，活化溫度設(shè)定為700°C。2.權(quán)利要求1所述的方法制備得到的濃縮甲烷碳分子篩。
【文檔編號】C01B31/12GK106006631SQ201610356065
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月26日
【發(fā)明人】戴寶根, 顧柏敏
【申請人】湖州民強(qiáng)炭業(yè)有限公司