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CN114146685B - 一种镍基净化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种镍基净化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于气体净化领域，具体涉及一种镍基净化剂及其制备方法和应用。镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍75～85wt％，氧化铝5～15wt％，稀土金属氧化物1～5wt％，活性炭5～15wt％。将镍盐和稀土金属盐加入去离子水中溶解后，加入氧化铝前驱体获得混合物料，将活性炭加入到混合物料中，加入沉淀剂反应，生成沉淀产物，沉淀产物经抽滤，洗涤，干燥，焙烧获得氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物和活性炭的混合物，经压片成型即为镍基净化剂。镍基净化剂用于吸附脱除惰性气体中的氢气,本发明净化剂包括氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物及活性炭，多种组分协同作用，复配得到的净化剂用于吸附脱除氮气中氢气，其氢气吸附容量高，脱氢精度高，使用寿命长的特点，可以反复再生使用，制备工艺简单，成本较低，工业应用前景良好。

Description

一种镍基净化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于气体净化领域，具体涉及一种镍基净化剂及其制备方法和应用。
背景技术
超纯气体指纯度高于99.99％的气体。超纯气体的制备大多是从工业气体加以纯化，有吸附法、吸收法、电解法、低温精馏法、催化法等。随着半导体器件，特别是大规模集成电路的发展，超纯气体的市场需求量越来越大，因此杂质的净化脱除成为制备超纯气体的关键。目前市场上所使用的复合金属净化剂，主要是以金属镍为主要活性组分，虽可一次性脱除气体中的杂质，但存在吸附容量低、成本高等问题。
活性炭是一种具有良好应用前景的吸附剂，因其较高的比表面积、丰富的孔结构，被广泛应用于气体净化、净水、除味、脱色等生产和生活领域中，但用于超纯气体中的杂质气体的脱除尚未见报道，基于此，将活性炭材料经处理后与镍基催化剂进行复配，应用于超纯气体的杂质气体净化，能够更为有效的提高镍基净化剂的吸附性能，具有较好的应用前景。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种吸氢容量高的镍基净化剂及其制备方法和应用。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍75～85wt％，氧化铝5～15wt％，稀土金属氧化物1～5wt％，活性炭5～15wt％。
优选的：氧化镍75～80wt％，氧化铝5～10wt％，稀土金属氧化物4～5wt％，活性炭6～10wt％。
所述稀土金属氧化物为氧化钐、氧化镧、氧化铈、氧化镨中的一种。
所述镍基净化剂的制备方法为：将镍盐和稀土金属盐加入去离子水中溶解后，加入氧化铝前驱体获得混合物料，将活性炭加入到混合物料中，加入沉淀剂反应，生成沉淀产物，沉淀产物经抽滤，洗涤，干燥，焙烧获得氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物和活性炭的混合物，经压片成型即为镍基净化剂，其中含氧化镍75～85wt％，氧化铝5～15wt％，稀土金属氧化物1～5wt％，活性炭5～15wt％。优选的氧化镍75～80wt％，氧化铝5～10wt％，稀土金属氧化物4～5wt％，活性炭6～10wt％。
具体包括以下步骤：
⑴将活性炭破碎成300～400目的粉末，于80～120℃干燥6～12小时，待用；
⑵分别称取一定量的镍盐、稀土金属盐，加入一定量的去离子水溶解后，加入一定量的氧化铝前驱体充分搅拌配置成混合物料；
⑶将步骤⑴制备的活性炭粉加入步骤⑵配置的混合物料中升温至60～80℃搅拌均匀后滴加沉淀剂溶液，控制体系的PH值至8～10，继续搅拌1～5h，生成沉淀产物；
⑷将步骤(3)的沉淀产物抽滤，洗涤至中性，在80～120℃烘箱中干燥5～12小时，在300～500℃氮气氛围下焙烧5～12小时，得到含氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物和活性炭的混合物；
⑸将步骤(4)焙烧得到混合物破碎成200～300目粉体后压片成型，得到镍基净化剂。
所述镍盐为硝酸镍，硫酸镍、氯化镍中的一种；
所述稀土金属盐为硝酸钐、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨中的一种；
所述活性炭为椰壳活性炭或煤质活性炭。
所述氧化铝前驱体为拟薄水铝石粉、活性氧化铝粉或硝酸铝中的一种。
所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液中的一种，沉淀剂溶液浓度为1～3mol/L。
所述镍基净化剂用于吸附脱除惰性气体中的氢气。
所述惰性气体可为氮气、氦气、氩气。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
为获得理想的氢气吸附效果，本发明对组分和用量也进行了筛选，结果显示组分不同对净化剂的吸附容量有明显影响，同时各组分的含量对净化剂的吸附容量有明显影响，本发明选择特定的组分及含量，结果表明：净化剂组分为氧化镍75～80wt％，氧化铝5～10wt％，稀土金属氧化物4～5wt％，活性炭6～10wt％时，H2吸附容量最佳。
本发明净化剂包括氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物及活性炭，多种组分协同作用，复配得到的净化剂用于吸附脱除氮气中氢气，其氢气吸附容量高，脱氢精度高，使用寿命长的特点，可以反复再生使用，制备工艺简单，成本较低，工业应用前景良好。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
实施例1
镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍75wt％，氧化铝10wt％，氧化镧5wt％，活性炭10wt％。
镍基净化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)采用宁夏海蓝工贸有限公司生产的MHG1.5煤制活性炭，将该活性炭研磨过筛至300～400目粉末，然后称取10g放在烘箱中于120℃干燥5小时，待用；
(2)分别称取硝酸镍292g、硝酸镧6.7g，加入440g去离子水溶解后，加入拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)15g，充分搅拌配成混合物料；
(3)将步骤⑴制备的活性炭粉加入步骤⑵配置的混合物料中，升温至70℃时，边搅拌边滴入2.35mol/L的碳酸钠水溶液进行沉淀，直至PH值为8.8，在70℃下继续搅拌2小时；
(4)步骤(3)的沉淀物经抽滤、洗涤至中性后于110℃下干燥10小时，于500℃下氮气气氛中焙烧5小时，得到含活性炭、氧化镍、氧化铝和氧化镧的混合物；
(5)将步骤(4)的混合物破碎研磨过筛至200～300目粉末，然后经压片成型得到镍基净化剂，其中含氧化镍75wt％，氧化铝10wt％，氧化镧5wt％，活性炭10wt％。
实施例2
镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍80wt％，氧化铝8wt％，氧化钐4wt％，活性炭8wt％。
镍基净化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MHG1.5煤制活性炭研磨过筛至300～400目粉末，然后称取8g放在烘箱中于120℃干燥5小时，待用；
(2)分别称取硝酸镍311g、硝酸钐6.7g，加入475g去离子水溶解后，加入拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)12g，充分搅拌配成混合物料；
(3)将步骤⑴制备的活性炭粉加入步骤⑵配置的混合物料中，升温至70℃时，边搅拌边滴入2.35mol/L的碳酸钠水溶液进行沉淀，直至PH值为8.8，在70℃下继续搅拌2小时；
(4)步骤(3)的沉淀物经抽滤、洗涤至中性后于110℃下干燥10小时，于500℃下氮气气氛中焙烧5小时，得到含氧化镍、氧化铝、氧化钐、和活性炭的混合物；
(5)将步骤(4)的混合物破碎研磨过筛至200～300目粉末，然后经压片成型得到镍基净化剂，其中含氧化镍80wt％，氧化铝8wt％，氧化钐4wt％，活性炭8wt％。
实施例3
镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍85wt％，氧化铝5wt％，氧化钐4wt％，活性炭6wt％。
镍基净化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将MHG1.5煤制活性炭研磨过筛至300～400目粉末，然后称取6g放在烘箱中于120℃干燥5小时，待用；
(2)分别称取硝酸镍331g、硝酸钐6.7g，加入500g去离子水溶解后，加入拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)7.5g，充分搅拌配成混合物料；
(3)将步骤⑴制备的活性炭粉加入步骤⑵配置的混合物料中，升温至70℃时，边搅拌边滴入2.35mol/L的碳酸钠水溶液进行沉淀，直至PH值为8.8，在70℃下继续搅拌2小时；
(4)步骤(3)的沉淀物经抽滤、洗涤至中性后于110℃下干燥10小时，于500℃下氮气气氛中焙烧5小时，得到含氧化镍、氧化铝、氧化钐、和活性炭的混合物；
(5)将步骤(4)的混合物破碎研磨过筛至200～300目粉末，然后经压片成型得到镍基净化剂，其中含氧化镍85wt％，氧化铝5wt％，氧化钐4wt％，活性炭6wt％。
对比例1
原料为MHG1.5煤制活性炭9g、硝酸镍311g、拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)16.5g，制备方法与实施例2相同，得到含氧化镍80wt％，氧化铝11wt％，活性炭9wt％的镍基净化剂。
对比例2
原料为硝酸镍311g、硝酸钐6.7g、拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)24g，制备方法与实施例2相同，得到含氧化镍80wt％，氧化铝16wt％，氧化钐4wt％的镍基净化剂。
对比例3
原料为硝酸镍311g、拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)30g，制备方法与实施例2相同，得到含氧化镍80wt％，氧化铝20wt％的镍基净化剂。
对比例4
原料为MHG1.5煤制活性炭20g、硝酸镍253g、硝酸镧13.3g、拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)7.5g，溶解硝酸镍及硝酸镧的去离子水量为390g，制备方法与实施例1相同，得到含氧化镍65wt％，氧化铝5wt％，氧化镧10％，活性炭20％的镍基净化剂。
对比例5
原料为MHG1.5煤制活性炭2g，硝酸镍350g，硝酸镧4g，拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)7.5g，溶解硝酸镍及硝酸镧的去离子水量为530g，制备方法与实施例1相同，得到含氧化镍90wt％，氧化铝5wt％，氧化镧3wt％，活性炭2wt％的镍基净化剂。
对比例6
(1)将MHG1.5煤制活性炭研磨过筛至300～400目粉末，然后称取8g放在烘箱中于120℃干燥5小时，待用；
(2)分别称取硝酸镍311g、硝酸钐6.7g、拟薄水铝石粉(其中氧化铝含量为66.7％)12g配成混合物料，放入马弗炉中于500℃下焙烧6小时；
(3)将步骤⑵制备的焙烧产物研磨过筛至300～400目粉末；
(4)将步骤⑴制备的活性炭粉加入步骤⑶制备的物料粉末中充分混合，然后经压片成型得到镍基净化剂，其中含氧化镍80wt％，氧化铝8wt％，氧化钐4wt％，活性炭8wt％。
将实施例、对比例进行氢气吸附脱除实验：将净化剂破碎筛分至20～30目，取5ml装入内径12mm的不锈钢反应器中，以空速1000h-1通入高纯氢进行预还原，在100℃时恒温1小时，在300℃时恒温3小时，还原结束后通入高纯氮置换床层并降至室温后，以空速5000h-1通入含500ppm氢气的氮气，在线检测出口氢气浓度，当出口氢气浓度超过0.01ppm时，停止反应，计算净化剂的H2吸附容量。实验结果见表1。
表1：各样品中组分含量及其H2吸附容量
○指所制备的净化剂中不含有该组分
由表1中可见，实施例1～3、对比例1～3的H2吸附容量数据可见，样品中的组分不同对净化剂的吸附容量有明显影响，不含稀土元素或活性炭或二者均不含的对比例1～3，其H2吸附容量分别为6.2、5.8、5.0ml/g，而本申请的实施例1～3的H2吸附容量明显高于对比例1～3，说明本申请的净化剂由多种组分相互作用，复配得到的净化剂能够进一步提高其吸附容量，各组分具有协同作用，缺一不可。
由表1中实施例1～3、对比例4～5的H2吸附容量数据可见，样品中各组分的含量对净化剂的吸附容量有明显影响，各组分的量不在保护范围内的对比例4～5，其H2吸附容量分别为6.1、6.5ml/g，而本申请实施例1～3的H2吸附容量明显高于对比例4～5，说明本申请的特定的组分含量才能达到很好的吸附效果。
由表1中实施例1～3、对比例6的H2吸附容量数据可见，制备方法对净化剂的H2吸附容量有明显影响，将各组分进行简单的物理混合制得的对比例6的H2吸附容量仅为2.8ml/g，而本申请实施例1～3的H2吸附容量明显高于对比例6，说明本申请的制备方法得到的各组分分布均匀，从而达到很好的吸附效果。

Claims (8)

1.一种镍基净化剂，其特征在于：镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍75～85wt%，氧化铝5～15wt%，稀土金属氧化物1～5wt%，活性炭5～15wt%；
镍基净化剂制备方法为：将镍盐和稀土金属盐加入去离子水中溶解后，加入氧化铝前驱体获得混合物料，将活性炭加入到混合物料中，加入沉淀剂反应，生成沉淀产物，沉淀产物经抽滤，洗涤，干燥，焙烧获得氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物和活性炭的混合物，经压片成型即为镍基净化剂。
2.按权利要求1所述的镍基净化剂，其特征在于：镍基净化剂由以下质量百分比的组分组成：氧化镍75～80wt%，氧化铝5～10wt%，稀土金属氧化物4～5wt%，活性炭6～10wt%。
3.按权利要求2所述的镍基净化剂，其特征在于：所述稀土金属氧化物为氧化钐、氧化镧、氧化铈、氧化镨中的一种。
4.一种权利要求1-3任一项所述镍基净化剂的制备方法，其特征在于，将镍盐和稀土金属盐加入去离子水中溶解后，加入氧化铝前驱体获得混合物料，将活性炭加入到混合物料中，加入沉淀剂反应，生成沉淀产物，沉淀产物经抽滤，洗涤，干燥，焙烧获得氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物和活性炭的混合物，经压片成型即为镍基净化剂。
5.按权利要求4所述镍基净化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
⑴将活性炭破碎成300～400目的粉末，于80～120℃干燥6～12小时，待用；
⑵分别取镍盐、稀土金属盐，加入去离子水溶解后，加入氧化铝前驱体充分搅拌配置成混合物料；
⑶将步骤⑴制备的活性炭粉加入步骤⑵配置的混合物料中升温至60～80℃搅拌均匀后滴加沉淀剂溶液，控制体系的PH值至8～10，继续搅拌1～5h，生成沉淀产物；
⑷将步骤（3）的沉淀产物抽滤，洗涤至中性，在80～120℃烘箱中干燥5～12小时，在300～500℃氮气氛围下焙烧5～12小时，得到含氧化镍、氧化铝、稀土金属氧化物和活性炭的混合物；
⑸将步骤（4）焙烧得到混合物破碎成200～300目粉体后压片成型，得到镍基净化剂。
6.按权利要求4所述的镍基净化剂的制备方法，其特征在于：所述镍盐为硝酸镍，硫酸镍、氯化镍中的一种；
所述稀土金属盐为硝酸钐、硝酸镧、硝酸铈、硝酸镨中的一种；
所述活性炭为椰壳活性炭或煤质活性炭；
所述氧化铝前驱体为拟薄水铝石粉、活性氧化铝粉或硝酸铝中的一种。
7.按权利要求4所述的镍基净化剂的制备方法，其特征在于：所述沉淀剂溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液、碳酸钠溶液中的一种，沉淀剂溶液浓度为1～3mol/L。
8.一种权利要求1所述的镍基净化剂的应用，其特征在于，镍基净化剂用于吸附脱除惰性气体中的氢气。
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ACF负载金属氧化物及尿素低温去除NO;崔华飞;李彩亭;路培;彭敦亮;郭静;陈玲;;环境科学(第11期);全文 *

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CN114146685A (zh) 2022-03-08

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