CN103933928A - 除湿吸附剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除湿吸附剂及其制备方法，它包括Si0₂与Al₂0₃，且Si0₂与Al₂0₃的物质的量比为1:0.9~1.1；该制备方法包括以下步骤：磁选烘干步骤、焙烧活化步骤、二次活化步骤、陈化步骤、静置晶化步骤与洗涤烘干步骤，本发明的制备方法具有工艺简单、易于操作等特点，本发明方法所制备得到的除湿吸附剂具有高吸湿量、解吸温度在40~100℃并可节约大量能源等特点。

Description

除湿吸附剂及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种除湿吸附剂及其制备方法，本发明属于空气净化技术领域。

背景技术

空气湿度是一个与人们生活和生产有着密切关系的重要环境参数。人的身体受到“湿”的侵袭，热平衡被破坏就影响到人体健康。空气湿度对产品的产量、质量、强度、外观等有极大的负面影响，是工业产品生产、加工和贮存过程中至关重要的因素，很多产品的生产对环境湿度都有很高的要求。特别是高新技术产品对湿度的要求更严格。既不能在很大湿度下生产，也不能在潮湿的环境下储存。

博物馆、图书馆等，要使收藏品不变质、不变形，就必须创造很好的保存环境。这些都离不开除湿技术。

转轮除湿机属于空调领域的一个重要分支，转轮是其一个核心部件，吸附剂更是转轮的关键材料。目前广泛采用的吸湿剂是硅胶、卤酸盐及硅胶和卤酸盐的复合材料、分子筛等。这些吸附剂目前都存在不同程度的缺点，有的吸湿量小，有的稳定性差。但其都有一个共同的缺点是脱附再生温度高达140~180℃，不但要消耗很大的能源，也因此增加了机组设计的难度。

分子筛是一类具有奇妙孔道结构和独特晶体化学性质的含水架状硅铝酸盐多孔矿物晶体材料，不仅具有可预测的高效功能，还具有基于离子交换下的吸附性和催化性等多种优异性能，已广泛应用到石油化工、金属加工、冶金、机械制造、电子、医药、冷冻、真空技术、农业、原子能、环境保护等各领域，成为国民经济中一种重要的材料。采用大量水玻璃、偏铝酸钠和硫酸铝作原料合成分子筛成本较大，主要用于催化领域。

高岭土是一种天然矿物，化学分子式为Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O。主要化学成分为硅和铝，由一层Si-O四面体和一层Al-O八面体通过氧原子的共享交错堆积而成，可以作为合成分子筛的硅源和铝源。与以常规的凝胶法合成的吸附剂相比，以高岭土为原料合成的分子筛以及催化剂，在晶粒大小、水热稳定性、活性和抗重金属性能等方面具有独特的特点，且由于高岭土价格低廉，即合成的吸附剂成本低。纳米高岭土由于巨大的比表面积和吸附性能、以及较强的离子交换能力、可塑性等特点，已经用作石油化工合成行业催化剂的载体，具有良好的稳定性。目前其在空气处理的吸附领域还未见有应用的报导。

高岭土在我国有丰富的储量，现已探明地质储量约30亿吨，中国是世界最主要的高岭土生产国，产量占世界总产量的 78%。 以来源广泛、价格相对低廉的高岭土取代传统化工原料合成沸石分子筛，不仅可以高效利用矿物资源，而且还是拓宽分子筛应用领域和开发其潜在价值的重要途径。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种高吸湿量、解吸温度在40~100℃的除湿吸附剂。

本发明的另一目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种工艺简单、易于操作的一种除湿吸附剂的制备方法。

按照本发明提供的技术方案，所述除湿吸附剂，它包括Si0₂与Al₂0₃，且Si0₂与Al₂0₃的物质的量比为1:0.9~1.1。

按照本发明提供的技术方案，所述一种除湿吸附剂的制备方法包括以下步骤：

a、选择Si0₂与Al₂0₃的物质的量比为2~2.5:1的将高岭土进行磁选去除杂质后，在100~200℃环境下烘干，烘干后再破碎至平均粒度为0.10~0.30mm，得到高岭土粉料；

b、将高岭土粉料进行焙烧活化，焙烧活化温度控制在600~800℃，焙烧活化时间控制在0.5~2.5小时，得到一次活化高岭土；

c、将一次活化高岭土加入在碱液中并搅拌均匀，搅拌均匀后将混合反应物加热至50~70℃进行二次活化，一次活化高岭土与碱液的重量比为1:15~25，碱液的浓度为2~4.5mol/L，二次活化时间控制在2~5小时，二次活化结束得到二次活化高岭土；

d、将二次活化高岭土采用0℃的冰水混合浴进行陈化，陈化时间控制在1~3小时，得到陈化混合物；

e、将陈化混合物升温至80~110℃静置晶化1~5小时，得到晶化混合物；

f、将晶化混合物采用无水乙醇洗涤至其PH为10~12，再将洗涤后的晶化混合物在90~120℃下烘干，得到除湿吸附剂。

步骤c中所述的碱液为NaOH溶液、Na₂CO₃溶液、KOH溶液或者K₂CO₃溶液。

本发明的制备方法具有工艺简单、易于操作等特点，本发明方法所制备得到的除湿吸附剂具有高吸湿量、解吸温度在40~100℃并可节约大量能源等特点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种除湿吸附剂的制备方法包括以下步骤：

a、选择Si0₂与Al₂0₃的物质的量比为2:1的将高岭土进行磁选去除杂质后，在100℃环境下烘干，烘干后再破碎至平均粒度为0.30mm，得到高岭土粉料；

b、将高岭土粉料进行焙烧活化，焙烧活化温度控制在600℃，焙烧活化时间控制在2.5小时，得到一次活化高岭土；

c、将一次活化高岭土加入在NaOH溶液中并搅拌均匀，搅拌均匀后将混合反应物加热至50℃进行二次活化，一次活化高岭土与碱液的重量比为1:15，NaOH溶液的浓度为2mol/L，二次活化时间控制在2小时，二次活化结束得到二次活化高岭土；

d、将二次活化高岭土采用0℃的冰水混合浴进行陈化，陈化时间控制在1小时，得到陈化混合物；

e、将陈化混合物升温至80℃静置晶化5小时，得到晶化混合物；

f、将晶化混合物采用无水乙醇洗涤至其PH为10，再将洗涤后的晶化混合物在90℃下烘干，得到除湿吸附剂，该除湿吸附剂中，SiO₂与Al₂O₃的物质的量比为1:1.1。

所制备的除湿吸附剂经加工成瓦楞蜂窝式除湿转轮在温度为28℃、相对湿度68%的环境下进行吸湿性能动态测试，水的吸附量为17g/Kg，再生温度80℃时脱附率为93%，再生温度40℃脱附率为66%。

实施例2

一种除湿吸附剂的制备方法包括以下步骤：

a、选择Si0₂与Al₂0₃的物质的量比2.2:1的将高岭土进行磁选去除杂质后，在200℃环境下烘干，烘干后再破碎至平均粒度为0.10mm，得到高岭土粉料；

b、将高岭土粉料进行焙烧活化，焙烧活化温度控制在800℃，焙烧活化时间控制在0.5小时，得到一次活化高岭土；

c、将一次活化高岭土加入在Na₂CO₃溶液中并搅拌均匀，搅拌均匀后将混合反应物加热至70℃进行二次活化，一次活化高岭土与碱液的重量比为1: 25，Na₂CO₃溶液的浓度为4.5mol/L，二次活化时间控制在5小时，二次活化结束得到二次活化高岭土；

d、将二次活化高岭土采用0℃的冰水混合浴进行陈化，陈化时间控制在3小时，得到陈化混合物；

e、将陈化混合物升温至110℃静置晶化1小时，得到晶化混合物；

f、将晶化混合物采用无水乙醇洗涤至其PH为12，再将洗涤后的晶化混合物在90~120℃下烘干，得到除湿吸附剂，该除湿吸附剂中，SiO₂与Al₂O₃的物质的量比为1:0.9。

所制备的除湿吸附剂经加工成瓦楞蜂窝式除湿转轮在温度为28℃、相对湿度68%的环境下进行吸湿性能动态测试，水的吸附量为15g/Kg，再生温度80℃时脱附率为91%，再生温度40℃时脱附率为67%。

实施例3

一种除湿吸附剂的制备方法包括以下步骤：

a、选择Si0₂与Al₂0₃的物质的量比为2.5:1的将高岭土进行磁选去除杂质后，在150℃环境下烘干，烘干后再破碎至平均粒度为0.20mm，得到高岭土粉料；

b、将高岭土粉料进行焙烧活化，焙烧活化温度控制在700℃，焙烧活化时间控制在1.5小时，得到一次活化高岭土；

c、将一次活化高岭土加入在KOH溶液中并搅拌均匀，搅拌均匀后将混合反应物加热至60℃进行二次活化，一次活化高岭土与碱液的重量比为1:20，KOH溶液的浓度为3mol/L，二次活化时间控制在4小时，二次活化结束得到二次活化高岭土；

d、将二次活化高岭土采用0℃的冰水混合浴进行陈化，陈化时间控制在2小时，得到陈化混合物；

e、将陈化混合物升温至100℃静置晶化3小时，得到晶化混合物；

f、将晶化混合物采用无水乙醇洗涤至其PH为11，再将洗涤后的晶化混合物在110℃下烘干，得到除湿吸附剂，该除湿吸附剂中，SiO₂与Al₂O₃的物质的量比为1:0.95。

所制备的除湿吸附剂经加工成瓦楞蜂窝式除湿转轮在温度为28℃、相对湿度68%的环境下进行吸湿性能动态测试，水的吸附量为17.5g/Kg，再生温度80℃时脱附率为95%，再生温度40℃时脱附率为69%。

实施例4

一种除湿吸附剂的制备方法包括以下步骤：

a、选择Si0₂与Al₂0₃的物质的量比为2.4:1的将高岭土进行磁选去除杂质后，在180℃环境下烘干，烘干后再破碎至平均粒度为0.25mm，得到高岭土粉料；

b、将高岭土粉料进行焙烧活化，焙烧活化温度控制在660℃，焙烧活化时间控制在1.5小时，得到一次活化高岭土；

c、将一次活化高岭土加入在K₂CO₃溶液中并搅拌均匀，搅拌均匀后将混合反应物加热至66℃进行二次活化，一次活化高岭土与碱液的重量比为1:18，K₂CO₃溶液的浓度为2.5mol/L，二次活化时间控制在4小时，二次活化结束得到二次活化高岭土；

d、将二次活化高岭土采用0℃的冰水混合浴进行陈化，陈化时间控制在2.5小时，得到陈化混合物；

e、将陈化混合物升温至95℃静置晶化2小时，得到晶化混合物；

f、将晶化混合物采用无水乙醇洗涤至其PH为10.5，再将洗涤后的晶化混合物在115℃下烘干，得到除湿吸附剂，该除湿吸附剂中，SiO₂与Al₂O₃的物质的量比为1:1.05。

所制备的除湿吸附剂经加工成瓦楞蜂窝式除湿转轮在温度为28℃、相对湿度68%的环境下进行吸湿性能动态测试，水的吸附量为17.5g/Kg，再生温度在80℃时脱附率为96%，再生温度在40℃时脱附率为69%。

高岭土中含有一定量的硅和铝，可用于合成具有一定吸附能力的吸附剂，但未经过改性的高岭土由于活性较低，因此它不适宜直接用作吸附材料，所以要对其进行磁选和破碎，以增大其比表面积。

通过焙烧活化步骤，原晶体结构被破坏，高岭土层间的氢键断裂，结晶水脱除，有序的片层晶体结构的高岭土转变成无序结构的偏高岭土，使原晶体内层的部分基团外露，且由于结晶水的脱去，同时形成孔道，表面活性点的种类和数量增多，形成具有化学活性的氧化硅、氧化铝晶体结构，使其反应活性增大。控制升温速率、最终温度和一定的焙烧时间，可以形成完美的孔结构。

通过二次活化步骤可使高温活化中未充分活化的完全活化，使硅质原料和铝质原料经过碱溶处理后，碱起到矿化剂作用，可以达到整体活化。促进煅烧高岭土中六配位铝转变为活性四配位铝，碱促进硅铝聚合态向具有β笼结构的方钠石和高活性的偏硅酸钠的转变。

通过陈化步骤可以显著提高新型分子筛的晶化速度，降低产品晶粒度。

本发明还可在二次活化时添加硅藻土、膨润土和二价金属离子等。膨润土是以蒙脱石为主的含水粘土矿，具有膨润性、粘结性和吸附性；硅藻土的主要成分是SiO2，具有极强的吸附力，特殊的多孔构造和大的比表面积，吸水率是自身体积的2~4倍。添加形成的吸附材料，吸附量增加，孔隙和裂隙良好，活性高，易脱附。

通过晶化步骤，使得陈化混合物易于晶化饱和，有利于降低晶体粒度。

Claims (3)

1.一种除湿吸附剂，其特征是它包括SiO₂与Al₂O₃，且SiO₂与Al₂O₃的物质的量比为1:0.9~1.1。

2.一种除湿吸附剂的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：

a、选择SiO₂与Al₂O₃的物质的量比为2~2.5:1的将高岭土进行磁选去除杂质后，在100~200℃环境下烘干，烘干后再破碎至平均粒度为0.10~0.30mm，得到高岭土粉料；

b、将高岭土粉料进行焙烧活化，焙烧活化温度控制在600~800℃，焙烧活化时间控制在0.5~2.5小时，得到一次活化高岭土；

c、将一次活化高岭土加入在碱液中并搅拌均匀，搅拌均匀后将混合反应物加热至50~70℃进行二次活化，一次活化高岭土与碱液的重量比为1:15~25，碱液的浓度为2~4.5mol/L，二次活化时间控制在2~5小时，二次活化结束得到二次活化高岭土；

d、将二次活化高岭土采用0℃的冰水混合浴进行陈化，陈化时间控制在1~3小时，得到陈化混合物；

e、将陈化混合物升温至80~110℃静置晶化1~5小时，得到晶化混合物；

f、将晶化混合物采用无水乙醇洗涤至其PH为10~12，再将洗涤后的晶化混合物在90~120℃下烘干，得到除湿吸附剂。

3.如权利要求2所述的一种除湿吸附剂的制备方法，其特征是：步骤c中所述的碱液为NaOH溶液、Na₂CO₃溶液、KOH溶液或者K₂CO₃溶液。