[發(fā)明專利]基于紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜的結(jié)構(gòu)化固定床

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210220588.2
• 申請(qǐng)日: 2012-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN102728234A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張會(huì)平;陳煥浩;鄢瑛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B01D69/12
• 分類號(hào): B01D69/12;B01J8/02;B01D53/04;B01J35/06;B01J29/48
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及吸附與催化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜的結(jié)構(gòu)化固定床。

背景技術(shù)

分子篩具有規(guī)則的微孔孔道；微孔孔道能讓小分子通過而大分子不能通過。因此，分子篩在分離和吸附方面有廣泛的應(yīng)用。由于分子篩本身具有吸附催化性能，可用于分子篩膜反應(yīng)器中。

在過去幾十年，大量研究工作者致力于研究可應(yīng)用于吸附分離和催化的分子篩膜。分子篩膜主要包括NaA型，NaX型，NaY型，MFI型(ZSM-5，silicalite-1)，MOR型，CHA(SAPO34)型，P型以及ETS-4型鈦分子篩膜等。在分子篩膜中，MFI型分子篩膜比較容易合成，且具有很高的吸附催化效果，受到廣泛關(guān)注。結(jié)構(gòu)化分子篩膜是指在多孔載體上合成的分子篩膜。結(jié)構(gòu)化分子篩膜的制備方法主要有嵌入法、原位水熱晶化法、二次生長(zhǎng)法以及微波加熱法等。其中，二次生長(zhǎng)法最為常用。在二次生長(zhǎng)法中，常用的載體包括不銹鋼、玻璃、單晶硅片、多孔的α-Al₂O₃及陶瓷管或片等。但是，目前所用的載體都是現(xiàn)成的，其形狀、厚度及空隙率等均不容易調(diào)控；且α-Al₂O₃及陶瓷上的硅和鋁容易溶解進(jìn)入反應(yīng)溶液，導(dǎo)致分子篩晶體容易堵塞載體孔道；玻璃等無機(jī)材料載體機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及傳熱性能都比較差。這些載體的缺點(diǎn)大大限制了結(jié)構(gòu)化分子篩膜的實(shí)際應(yīng)用。

固定床又稱填充床反應(yīng)器，裝填有固體催化劑或固體反應(yīng)物用以實(shí)現(xiàn)多相反應(yīng)過程。傳統(tǒng)的顆粒填充固定床吸附器的傳質(zhì)阻力較大且傳熱性能差；固定床的吸附催化效率和床層利用率受傳質(zhì)傳熱速率限制都較低；流體通過顆粒填充床時(shí)產(chǎn)生的壓降較大且無機(jī)顆粒傳熱性能較差，均會(huì)導(dǎo)致吸附催化效率降低。

美國(guó)Auburn大學(xué)(?U.?S.?Patents?NO.?5，304，330；NO.?5，080，963；NO.?5，102，745；NO.?5，096，663和NO.?6，231，792)在90年代發(fā)明了一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的燒結(jié)纖維復(fù)合材料及其制備方法。

國(guó)內(nèi)華東師范大學(xué)路勇和華南理工大學(xué)張會(huì)平等人（中國(guó)?申請(qǐng)?zhí)?00510028873.4，公開號(hào)CN1762909A；申請(qǐng)?zhí)?200610025844.7，公開號(hào)?CN?1836779A；申請(qǐng)?zhí)?200710026410.3，公開號(hào)?CN?101007270A）用玻璃纖維、陶瓷纖維及金屬纖維包覆SiO₂、Al₂O₃及活性炭顆粒制備了復(fù)合材料，但是還未見報(bào)道紙狀燒結(jié)微纖負(fù)載分子篩膜的復(fù)合材料的制備。

如何制備空隙率和強(qiáng)度可調(diào)的紙狀燒結(jié)金屬微纖載體，并利用二次生長(zhǎng)法在該載體表面成功合成厚度可調(diào)控的分子篩膜，且不影響材料的空隙率，這是一個(gè)亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明目的在于克服傳統(tǒng)顆粒填充固定床所存在的不足，提供一種基于紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜的結(jié)構(gòu)化固定床；從而使流體流動(dòng)更加均勻、床層阻力得到有效降低、傳熱傳質(zhì)得到顯著強(qiáng)化、反應(yīng)接觸效率和吸附速率得到明顯提高。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

提供一種基于紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜的結(jié)構(gòu)化固定床，包括結(jié)構(gòu)化固定床，所述結(jié)構(gòu)化固定床中裝填有紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜。

優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)化固定床中還裝填有微纖包覆復(fù)合材料、吸附劑顆粒和催化劑顆粒中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜通過如下步驟制備：

（1）將膠粘劑和金屬纖維按照1~1:1~3（重量比）與水混合形成混合物，混合物在纖維標(biāo)準(zhǔn)解離器中高速攪拌形成均勻漿液；

（2）利用濕法造紙工藝將步驟（1）所得漿液制成紙張式燒結(jié)金屬微纖載體前驅(qū)體；

（3）將步驟（2）所得紙張式燒結(jié)金屬微纖載體前驅(qū)體在105~200℃下干燥；將烘干后的紙張式燒結(jié)金屬微纖載體前驅(qū)體在600~1400℃下并于于N₂或者H₂氣氛中燒結(jié)10~120分鐘，制得具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的紙狀燒結(jié)金屬微纖載體；

（4）將步驟（3）所得的紙狀燒結(jié)金屬微纖載體用陽(yáng)極氧化法預(yù)處理，并通過二次生長(zhǎng)法在預(yù)處理后的紙狀燒結(jié)金屬微纖載體表面合成紙狀梯度化金屬微纖復(fù)合分子篩膜。

優(yōu)選地，步驟（3）中所制備的紙狀燒結(jié)金屬微纖載體的空隙率范圍為50%~90%。

優(yōu)選地，步驟（3）中所制備的紙狀燒結(jié)金屬微纖載體的厚度范圍為1mm~10mm。