【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術總體上涉及固態(tài)氣體的吸附、儲存和分離。更具體地說，本專利技術涉及一種促進固態(tài)氣體吸附的方法，進而可以促進氣體儲存和氣體分離。
技術介紹
1、現(xiàn)代社會在發(fā)展氣體儲存技術方面有著悠久的歷史。例如，燃料氣體的基本儲存可以追溯到19世紀初。
2、早期的氣體儲存技術包括將氣體壓縮到容器中以產(chǎn)生壓縮氣體或液化氣體。氣體的壓縮儲存需要使用專門的高壓容器，但至今仍存在成本高、安全問題等缺點。
3、用于儲存氣體的最新技術包括所謂的固態(tài)方法，由此氣體與合適的固體基質(zhì)材料發(fā)生化學反應或物理吸附到其上。雖然這些方法不會受到高壓方法的影響，但它們也存在缺點。
4、例如，所謂的化學反應技術是將待儲存的氣體與吸附材料發(fā)生化學反應，以形成新物質(zhì)，如氧化物、氮化物和氫化物等。雖然氣體確實被充分儲存，但其回收需要大量能量(例如高溫)輸入以促進化學反應的逆轉和氣體的重整/釋放。此外，氣體與可行的化學反應吸附材料的組合有限。
5、所謂的物理吸附技術依賴于氣體與吸附材料形成物理結合(例如通過范德華力)。雖然以這種方式吸附的氣體可以用更少的能量輸入(例如更低的溫度)回收，但該技術傳統(tǒng)上傾向于提供相對較低的儲存容量。
6、通常與氣體儲存有關的是需要分離氣體混合物。例如，石化工業(yè)除了需要儲存氣體外，一個重要需求是氣體混合物的分離。分離氣體混合物的常用方法是使用低溫蒸餾工藝。然而，低溫蒸餾是高能耗的，據(jù)報道，這類行業(yè)的能源消耗量占全球能源消耗高達15％。
7、因此，仍然有機會開發(fā)替代技術來促進氣體
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術提供了一種促進固體顆粒材料吸附一種或多種氣體的方法，該方法包括(i)在維持在至少300kpa壓力下的一種或多種氣體的存在下，(ii)使用重量比為至少60:1的研磨球與固體顆粒材料，和(iii)以至少200rpm的操作速度，對固體顆粒材料進行球磨。
2、雖然球磨長期以來一直被用作粉碎固體材料和/或促進兩種或更多種不同材料之間緊密混合的技術，但現(xiàn)在令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，當使用特定的參數(shù)組合進行球磨時，球磨可以促進氣體在固體顆粒材料上的高吸附容量。重量吸附容量大于1500cm3/g即可實現(xiàn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該技術效率高、成本低、環(huán)保、節(jié)能，特別適合擴大規(guī)模。根據(jù)本專利技術獨特的方法，固體顆粒材料被有利地加工為優(yōu)異的固態(tài)氣體儲存材料。此外，根據(jù)本專利技術的方法發(fā)生的獨特的氣體吸附可以有利地用于促進氣體混合物的分離。
3、不受理論的束縛，認為，使用特定操作參數(shù)組合對固體顆粒材料進行球磨，會使顆粒材料經(jīng)歷獨特的密集能量工藝，從而使氣體分子有效地吸附在固體顆粒材料上。本專利技術的方法可以有利地在氣體不與固體顆粒材料發(fā)生化學反應的情況下進行，因此氣體不會轉化為新物質(zhì)，例如氧化物、氮化物或氫化物等。反而，認為該方法有利地促進了氣體與固體顆粒材料之間一種或多種形式的非共價結合，從而實現(xiàn)接近傳統(tǒng)化學反應技術的重量吸附容量，且具有傳統(tǒng)物理吸附技術的低能量氣體釋放曲線。
4、此外，給定氣體被認為與給定固體顆粒材料獨特地結合，這意味著其他氣體與固體顆粒材料組合的結合親和力是不同的。這些不同的結合親和力反過來可以用來促進氣體混合物的分離。
5、值得注意的是，認為在氣體與固體顆粒材料之間形成新的分子物質(zhì)的意義上來說根據(jù)本專利技術的方法不促進固體顆粒材料與氣體之間的化學反應。換言之，根據(jù)本專利技術的方法加工的氣體分子被認為在分子上保持完整。不受理論的限制，認為球磨法促進了氣體分子與固體顆粒材料的物理吸附(例如通過范德華力)和/或靜電/離子結合。
6、令人驚訝的是，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過采用受控球磨的固態(tài)儲存技術，使用相對較低的能量(低溫)輸入以高容量儲存氣體和回收氣體。
7、根據(jù)本專利技術，固體顆粒材料吸附一種或多種氣體不是通過一種或多種氣體和固體顆粒材料之間的化學反應或共價結合形成來實現(xiàn)的。
8、因此，根據(jù)本專利技術考慮使用的氣體與固體顆粒材料的組合并不旨在包括固有地經(jīng)歷化學反應的組合(例如金屬與氫的組合)。
9、因此，本專利技術也可以描述為一種促進固體顆粒材料吸附一種或多種氣體而該一種或多種氣體與固體顆粒材料之間不發(fā)生化學反應的方法，該方法包括(i)在維持在至少300kpa壓力下的一種或多種氣體的存在下、(ii)使用重量比為至少60:1的研磨球與固體顆粒材料和(iii)以至少200rpm的操作速度對固體顆粒材料進行球磨。
10、本專利技術還可以描述為促進固體顆粒材料非共價吸附一種或多種氣體的方法，該方法包括(i)在維持在至少300kpa壓力下的一種或多種氣體的存在下、(ii)使用重量比為至少60:1的研磨球與固體顆粒材料和(iii)以至少200rpm的操作速度對固體顆粒材料進行球磨。
11、“非共價”吸附是指一種或多種氣體通過除共價結合形成之外的結合機制吸附在固體顆粒材料上。以這種方酸，氣體的分子保持完整。
12、根據(jù)本專利技術使用的合適的固體顆粒材料包括但不限于具有層狀結構的晶體材料，例如氮化硼、石墨和過渡金屬二硫族化物，例如二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鉬、二硒化鎢和二碲化鉬，以及非層狀材料，例如硼、鐵和硅。
13、在一個實施例中，固體顆粒材料選自氮化硼、石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鉬、二硒化鎢、二碲化鉬、硼、鐵和硅。
14、在另一個實施例中，固體顆粒材料選自氮化硼、石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鉬、二硒化鎢和二碲化鉬。
15、在又一個實施例中，一種或多種氣體選自氫氣、二氧化碳、一氧化碳、c1-c4烴、氨氣、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和氮氣。
16、在另一個實施例中，球磨產(chǎn)生的作為產(chǎn)物的固體顆粒材料吸附有一種或多種氣體，并且將該產(chǎn)物裝在容器中以儲存一種或多種氣體。
17、本專利技術還提供了一種固態(tài)儲存一種或多種氣體的方法，該方法包括對本文所述的固體顆粒材料進行球磨，其中該方法產(chǎn)生的作為產(chǎn)物的固體顆粒材料吸附有一種或多種氣體，并且將該產(chǎn)物裝在容器中以儲存一種或多種氣體。
18、可以對裝在容器中的產(chǎn)物進行加工，以釋放吸附在固體顆粒材料上的一種或多種氣體，從而回收儲存的一種或多種氣體。
19、一種或多種氣體也可描述為與固體顆粒材料非共價結合。
20、根據(jù)本專利技術，固態(tài)顆粒材料獨特且差異化吸附氣體有利地實現(xiàn)了氣體混合物的分離。
21、在一個實施例中，球磨在兩種或更多種氣體的混合物的存在下進行，并且球磨產(chǎn)生的作為產(chǎn)物的固體顆粒材料吸附有氣體混合物，并且該產(chǎn)物被加工以從固體顆粒材料中選擇性地釋放出至少一種吸附氣體，從而將釋放氣體從兩種或更多種氣體的混合物中分離出。
22、本專利技術還提供了一種分離兩種或更多種氣體的混合物的方法，該方法包括對本文所述的固體顆粒材料進行球磨，其中球磨產(chǎn)生的作為產(chǎn)物的固體顆粒材料吸附有兩種或更多種氣體的混合物，該產(chǎn)物被加工后以從固體顆粒本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種促進固體顆粒材料吸附一種或多種氣體的方法，所述方法包括(i)在維持在至少300kPa壓力下的一種或多種氣體的存在下、(ii)使用重量比為至少60:1的研磨球與固體顆粒材料和(iii)以至少200rpm的操作速度對所述固體顆粒材料進行球磨。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述固體顆粒材料選自氮化硼、石墨、二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鉬、二硒化鎢、二碲化鉬、硼、鐵和硅。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述一種或多種氣體維持在至少約500kPa的壓力下。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述研磨球與所述固體顆粒材料的重量比至少為約80:1。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述操作速度至少為約300rpm。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中在進行球磨之前，所述固體顆粒材料的平均粒度為約1μm至約5mm。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其中所述一種或多種氣體選自氫氣、二氧化碳、一氧化碳、C1-C4烴、氨氣、一氧化氮、二氧化氮、二氧化硫和氮氣。
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