[發(fā)明專利]一種中空纖維分子篩吸附劑組件的制備方法

無效

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• 申請日: 2012-07-17
• 公開（公告）號: CN102784629A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發(fā)明（設計）人: 譚小耀;王鵬;陳宗蓬;王晨
• 申請（專利權(quán)）人: 上海偲達弗材料科技有限公司
• 主分類號: B01J20/30
• 分類號: B01J20/30;B01J20/26
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發(fā)明屬于化工吸附劑材料技術領域，具體涉及一種中空纖維形態(tài)的分子篩吸附劑組件的制備方法。

背景技術

吸附是化學工業(yè)、石化工業(yè)和制藥工業(yè)中的一種重要的物質(zhì)分離方法，吸附分離的技術核心是吸附劑的性能，吸附材料性質(zhì)是決定吸附劑性能的重要因素，而吸附劑的結(jié)構(gòu)形狀則決定了吸附劑的應用領域和分離效率。目前常用的吸附劑主要有硅膠、氧化鋁、一些炭材料如活性炭、碳分子篩、碳納米管和石墨納米纖維以及各種諸如沸石等合成分子篩等。

眾所周知，吸附傳質(zhì)過程由外擴散、內(nèi)擴散和表面吸附三部分組成，其中內(nèi)擴散是影響吸附速率的重要因素，不同結(jié)構(gòu)的吸附劑具有不同的擴散特性，因而吸附速度也不同。相對于新型吸附劑的開發(fā)和吸附工藝的創(chuàng)新，吸附劑的成型技術發(fā)展較為緩慢，目前工業(yè)上應用的吸附劑主要是球形、柱形、片形以及粉狀，其中粉狀吸附劑的吸附分離效果最好，但是其顆粒較小容易流失，大量使用時床層阻力大，因此粉狀吸附劑一般只在一些小規(guī)模實驗時使用；片形吸附劑表面積較大，但填充床層后空隙較多，容易形成溝流，且在擠壓下容易破碎；柱形吸附劑的加工工藝簡單且成本低，因此很多工業(yè)吸附劑都采用短柱形；球形吸附劑具有很高的機械強度，填充的吸附床層空隙均勻，模擬計算和實際使用效果都表明球形吸附劑具有最好的吸附分離效果。但是球形和柱形吸附劑在其內(nèi)部向球心和柱心方向的傳質(zhì)阻力較大，這將導致部分吸附性能損失。為減少吸附劑的內(nèi)擴散阻力，有人嘗試在造粒過程中摻入淀粉，然后通過使用淀粉酶溶液分解顆粒內(nèi)的淀粉，從而在吸附劑顆粒內(nèi)部造孔。然而，這樣雖然解決了吸附劑內(nèi)部的傳質(zhì)問題，但也使得吸附劑顆粒強度下降。

同時，在吸附分離過程中，吸附床層內(nèi)的流動相會對吸附劑表面形成沖刷，特別是在一些頻繁移動或帶有震動、沖擊的使用環(huán)境下（如車上，飛機上或艦船上）吸附劑顆粒會因為震動引起的碰撞和摩擦而逐漸粉化，導致吸附床層阻力逐漸增大，況且吸附劑粉末會隨流動相不斷流出床層從而影響分離效果。

此外，吸附劑的裝填方式以及吸附床層阻力也將影響吸附器整體的分離性能。目前吸附分離過程一般是將吸附劑顆粒堆積在填充柱即固定床吸附器內(nèi)形成單層或多層吸附劑的堆積床層，這種結(jié)構(gòu)的床層一般阻力較大；在吸附器較大的時候裝填周期較長且容易產(chǎn)生由于裝填不均勻而引起的溝流從而影響分離結(jié)果。另一種是由層狀吸附劑構(gòu)成的層狀吸附床層結(jié)構(gòu)，如活性碳纖維，這種結(jié)構(gòu)的床層阻力較小，被處理流體可以有較高的空速，但是其裝填密度較小，一般用來處理流體中濃度較低的雜質(zhì)組分。還有一種是由吸附劑自身經(jīng)成型處理后構(gòu)成的自撐體結(jié)構(gòu)床層，這種結(jié)構(gòu)的床層在一定程度上解決了震動、沖擊引起的吸附劑粉化問題，但是其內(nèi)部傳質(zhì)區(qū)長度差距導致其床層利用率較低。因此，找到一種傳質(zhì)阻力小、強度高的吸附劑結(jié)構(gòu)以及簡單可靠的成型方法有著重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種傳質(zhì)阻力小、吸附效率高、裝填方便的中空纖維形態(tài)的分子篩吸附劑組件及其制備方法。

本發(fā)明所述的中空纖維形態(tài)的分子篩吸附劑組件是指中空纖維分子篩集合體。其制備方法的具體步驟如下：

（1）配制分子篩--聚合物紡絲漿料

配制聚合物溶液：首先將有機聚合物、分散劑及增塑劑溶解在有機溶劑中，振蕩攪拌使其完全溶解，得到聚合物溶液；聚合物溶液中各組分按重量計的組成為，有機聚合物∶有機溶劑∶分散劑∶增塑劑＝1∶3～9∶0～0.5∶0～0.3；優(yōu)選的組成比例為，有機聚合物∶有機溶劑∶分散劑∶增塑劑＝1∶4～6∶0.2～0.4∶0.1～0.2；

分子篩粉體預處理：將平均粒度為0.01~1?μm的分子篩粉體反復水洗，直至水溶液的pH值在7~9之間，然后用乙醇洗滌，再在100~120℃的溫度下烘干；將經(jīng)過預處理的上述分子篩粉體加入上述聚合物溶液中，充分攪拌，使其完全均勻地分散在聚合物溶液中，得到混和懸浮態(tài)的分子篩-聚合物紡絲漿料；其中分子篩粉體可以一次性加入，也可以慢慢地逐漸加入，分子篩粉體與聚合物的重量比為5~15∶1。

其中，所述有機聚合物可選自聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、醋酸纖維素聚乙烯醇（縮丁醛）、聚乙烯酯、聚乙烯酮中的一種。?

所述有機溶劑可選自N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰氨和二甲基亞砜中的一種，或者是其中兩種溶劑按任意組成構(gòu)成的混合溶液。

所述分散劑可選自聚丙烯酸或其鹽、聚甲基丙烯酸及聚甲基丙烯酸鹽、磷酸酯、聚甲基丙烯酸銨、檸檬酸、苯甲酸及其衍生物、非離子聚合物如聚乙烯砒咯烷酮等當中的一種或兩種。