一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂及其制备方法和应用

本发明涉及吸附剂制备，特别是涉及一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着全球工业化的迅速发展，能源短缺、温室效应和环境污染等问题日益严峻。为了有效应对以上问题，清洁能源的开发利用显得尤为重要，在众多清洁能源中，太阳能技术相对成熟，已在众多领域得到了广泛应用。据统计，95％以上的太阳能技术都需要依赖于多晶硅产品。因此，多晶硅的生产对于太阳能技术的应用显得尤为重要。目前，改良西门子法仍是生产多晶硅的主流工艺，大约占据了市场的97％。为了保证产品性能，在该工艺的生产过程中，对于从原料中所带来的各种杂质必须严格控制其含量，这其中最难去除的非金属杂质便是pcl3。

2、pcl3将会严重影响太阳能级多晶硅产品的性能。为保证产品质量，企业一般要求太阳能级多晶硅生产过程中，三氯氢硅中pcl3的含量必须小于30ppb，为此，需采取必要的分离技术。在众多的pcl3去除技术中，吸附法因其操作简便、能耗低等优势而引起了广泛的研究兴趣。天津大学的钱浩等人系统的研究了常见吸附剂对ppm级pcl3的去除效果，结果表明酸性氧化铝在吸附pcl3方面具有较大的优势，说明它是一种可潜在去除pcl3的吸附剂。然而，氧化铝吸附剂存在的主要问题是，当pcl3浓度低至ppb级别时，氧化铝对其吸附能力弱，吸附速率慢，吸附容量低，无法有效去除pcl3。因此，需要开发一种能够将pcl3脱除到ppb级别的吸附剂。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂及其制备方法和应用。本发明利用钛源、铝源为原料，尿素作为沉淀剂，通过水热共沉淀的方法，并经过高温煅烧和乙酸浸渍制得了乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛花球状吸附剂。本发明提供的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂与pcl3的相互作用，可高效脱除痕量pcl3，并且吸附剂经过再生后可多次循环重复使用，具有很好的实用价值。

2、本发明提供了一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂，所述吸附剂为花球状，包括二氧化钛球及嵌入所述二氧化钛球表面的片状乙酸改性氧化铝。

3、进一步地，所述吸附剂包含介孔和大孔结构，其中介孔占比为95～99％，平均孔径为10～12nm，比表面积为115～183m2/g，孔容为0.4～0.6cm3/g。

4、本发明还提供了一种根据上述所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂的制备方法，首先将钛源、铝源和沉淀剂加入水中，采用水热共沉淀法得到前驱体，之后经煅烧、乙酸浸渍改性，即得所述乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂。

5、进一步地，所述钛源为硫酸钛；所述铝源为硝酸铝；所述沉淀剂为尿素。

6、进一步地，所述钛源与铝源的质量比为1:(2.5～3.5)；所述沉淀剂用量为钛源和铝源总质量的1～1.5倍；所述水的用量为钛源、铝源及沉淀剂总质量的45～55倍。

7、进一步地，所述水热共沉淀法的反应温度为170～190℃，时间为6～8h，反应结束后还包括过滤、洗涤、干燥的步骤；所述煅烧温度为500～550℃，时间为2～2.5h，煅烧结束后还包括冷却的步骤；所述乙酸浸渍改性采用浓度为1.5～1.8mol/l的乙酸溶液，煅烧后的前驱体与乙酸的质量体积比为1g:(15～25)ml，在22～26℃下浸渍20～24h。

8、本发明还提供了一种根据上述所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂在pcl3脱除中的应用。

9、进一步地，所述pcl3的初始浓度为10～500ppb；脱除在25～45℃下进行，时间为10～180min，所述吸附剂的用量为0.05g～0.30g/20ml。

10、进一步地，所述乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂吸附脱除pcl3后，于惰性气氛下煅烧再生。

11、进一步地，所述煅烧温度为50～70℃，时间为1～1.5h。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、本发明利用水热共沉淀和常温浸渍的方法制得了一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂，利用其与pcl3相互作用，不仅可高效的脱除痕量pcl3，而且吸附剂经过脱附后可多次循环重复使用，降低吸附剂的消耗，节省了成本。本发明为痕量pcl3的脱除提供了新方法。

14、本发明所提供的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂为亲电吸附剂，其可以与富电子性的pcl3结合，从而实现痕量pcl3的脱除。本发明在制备乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂过程中添加硫酸钛，硫酸根与钛离子均表现为强的吸电子性能，掺于氧化铝中可有效提高其亲电位点，同时，采用乙酸对其浸渍改性，不仅可以进一步增加其亲电基团，而且可以增大其比表面积。采用硫酸钛作为钛源，在吸附剂制备过程中优先生成二氧化钛，随后生成的片状氧化铝均匀的嵌入在二氧化钛球表面，堆叠形成球状形貌，经乙酸改性后其花球状形貌更加清晰，并且所述吸附剂主要为介孔结构。制备得到的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛花球状吸附剂比表面积为115～183m2/g，孔容为0.4～0.6cm3/g，平均孔径为10～12nm。

15、经过氧化铝包覆在二氧化钛表面和乙酸浸渍改性后，表面积增大，使其物理吸附能力增强；其次，乙酸修饰后，吸附剂表面的羧基含量大大增加，这为pcl3提供了更多的吸附位点；最后，pcl3中的cl还可以通过相对强的电荷转移与al2o3中的al和tio2中的ti相互作用，pcl3中的p也可以与乙酸中的羰基o通过电荷转移作用相互吸附。从而达到高效脱除pcl3的目的。本发明提供的吸附剂可以使pcl3脱除至10ppb以下，优于现有技术中的商用树脂。规避了现有技术中吸附剂存在的稳定性差、更换频率高和吸附剂再生困难等问题，其可以通过加热再生法使其再生，简单高效。且本发明的吸附剂制备时利用无机材料，很好的减少了杂质的引入，使其在应用过程中不引入新的痕量杂质，制备方法简单，易于操作，适合大规模的工业生产。

技术特征：

1.一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂，其特征在于，所述吸附剂为花球状，包括二氧化钛球及嵌入所述二氧化钛球表面的片状乙酸改性氧化铝。

2.根据权利要求1所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂，其特征在于，所述吸附剂包含介孔和大孔结构，其中介孔占比为95～99％，平均孔径为10～12nm，比表面积为115～183m2/g，孔容为0.4～0.6cm3/g。

3.一种根据权利要求1或2所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂的制备方法，其特征在于，首先将钛源、铝源和沉淀剂加入水中，采用水热共沉淀法得到前驱体，之后经煅烧、乙酸浸渍改性，即得所述乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂。

4.根据权利要求3所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂的制备方法，其特征在于，所述钛源为硫酸钛；所述铝源为硝酸铝；所述沉淀剂为尿素。

5.根据权利要求3所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂的制备方法，其特征在于，所述钛源与铝源的质量比为1:(2.5～3.5)；所述沉淀剂用量为钛源和铝源总质量的1～1.5倍；所述水的用量为钛源、铝源及沉淀剂总质量的45～55倍。

6.根据权利要求3所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂的制备方法，其特征在于，所述水热共沉淀法的反应温度为170～190℃，时间为6～8h，反应结束后还包括过滤、洗涤、干燥的步骤；所述煅烧温度为500～550℃，时间为2～2.5h，煅烧结束后还包括冷却的步骤；所述乙酸浸渍改性采用浓度为1.5～1.8mol/l的乙酸溶液，煅烧后的前驱体与乙酸的质量体积比为1g:(15～25)ml，在22～26℃下浸渍20～24h。

7.一种根据权利要求1或2所述的乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂在pcl3脱除中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述pcl3的初始浓度为10～500ppb；脱除在25～45℃下进行，时间为10～180min，所述吸附剂的用量为0.05g～0.30g/20ml。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂吸附脱除pcl3后，于惰性气氛下煅烧再生。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述煅烧温度为50～70℃，时间为1～1.5h。

技术总结
本发明公开了一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂及其制备方法和应用，属于吸附剂制备技术领域。所述吸附剂为花球状，包括二氧化钛球及嵌入所述二氧化钛球表面的片状乙酸改性氧化铝。首先将钛源、铝源和沉淀剂加入水中，采用水热共沉淀法得到前驱体，之后经煅烧、乙酸浸渍改性即可。本发明利用水热共沉淀和常温浸渍的方法制得了一种乙酸改性氧化铝包覆二氧化钛吸附剂，利用其与PC<subgt;l3</subgt;相互作用，不仅可高效的脱除痕量PCl<subgt;3</subgt;，而且吸附剂经过脱附后可多次循环重复使用，降低吸附剂的消耗，节省了成本。本发明为痕量PCl<subgt;3</subgt;的脱除提供了新方法。

技术研发人员：邓人攀,黄鹏兵,张建树,王悦,袁威,宫姝逸
受保护的技术使用者：石河子大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/19