[發(fā)明專利]一種改性3A分子篩的制備工藝及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110990627.6
• 申請日: 2021-08-26
• 公開（公告）號: CN113697824B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡宏杰;鄧一兵;王洪亮;吳志強(qiáng);張然;卞強(qiáng);金梅;張震;劉巖;魏巍;王艷;楊潤澤;張勇平;侯曉輝;楊曉知;許亞杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所;中國人民解放軍63919部隊
• 主分類號: C01B39/18
• 分類號: C01B39/18;B01J20/18;B01J20/30;B01D53/28;B01D53/02
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發(fā)明屬于分子篩領(lǐng)域，具體涉及改性3A分子篩的制備工藝及其應(yīng)用。改性3A分子篩的制備方法包括：制備分子篩顆粒；粘土包覆，活化焙燒，得到焙燒分子篩；堿化處理，轉(zhuǎn)化為無粘結(jié)分子篩；鉀交換，控制鉀交換度為30～60％，干燥，得到鉀交換分子篩；將鉀交換分子篩進(jìn)行一次焙燒、吹掃去粉塵、二次焙燒，所述一次焙燒、二次焙燒在控制氣氛下進(jìn)行，所述控制氣氛為露點溫度?20℃～10℃的空氣。本發(fā)明的改性3A分子篩的制備方法，制備得到的分子篩具有較高的吸水量和極低的COsubgt;2/subgt;截留量；進(jìn)一步改善強(qiáng)度、磨損性能，滿足四床分子篩二氧化碳去除系統(tǒng)對干燥床分子篩的特殊需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于分子篩領(lǐng)域，具體涉及一種改性3A分子篩的制備工藝及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

二氧化碳是人體新陳代謝的產(chǎn)物之一，當(dāng)潛水艇、空間站、人防工程等密閉艙室空氣中的二氧化碳濃度積累到一定程度后，便會使人頭暈眼花、思維混亂、惡心、嘔吐，達(dá)到5％濃度時，人的呼吸僅能維持30分鐘，當(dāng)達(dá)到10％以上時，會使人失去知覺甚至死亡。空氣中的二氧化碳濃度是400ppm，航天飛行對二氧化碳濃度的控制要求在5000ppm以下，最好在3000ppm，因為航天器艙內(nèi)空間狹小，一旦失去控制，二氧化碳濃度會快速上升；尤其是長期、載人量比較大的任務(wù)中，由于補給的困難甚至不可行，必須對空氣中的水分進(jìn)行回收再利用。因此，密閉艙中二氧化碳濃度控制系統(tǒng)的效率和可靠性在很大程度上影響到工作人員在密閉艙中的駐留時間。

四床分子篩二氧化碳去除技術(shù)方案是凈化處理密閉艙室空氣、保證空氣可循環(huán)利用的最有效、最穩(wěn)定、最可靠的方案，已在國際空間站長期運行20余年。該技術(shù)的基本原理是利用干燥床和吸附床將空氣中的水分和CO₂進(jìn)行分離再生，實現(xiàn)密閉艙室空氣的凈化和水份的回收(如圖1所示)：具體包括兩種循環(huán)模式：第一種循環(huán)模式，艙室空氣流過干燥床D1吸附分離空氣中的水、流過吸附床A1吸附分離空氣中的CO₂，流過干燥床D2回收空氣中的水份，同時將吸附床A2與其它三個床分離并通過真空加熱再生回收CO₂。第二種循環(huán)模式，艙室空氣從干燥床D2流向吸附床A2再流向干燥床D1，同時將吸附床A1與流程隔離并進(jìn)行熱真空再生。(參考文獻(xiàn)：P.O.Wieland,Living?Together?In?Space,The?Design?andOperation?of?the?Llife?Support?Systems?on?the?International?Space?SystemStation,NASA/TM-98-206956/Vol,Marshall?Space?Flight?Center,January?1998)

在國際空間站中長時間穩(wěn)定運行的四床分子篩CO₂去除系統(tǒng)，干燥床裝填硅膠和13X分子篩，主要目的是吸附脫除空氣中的水份，吸附床裝填5A分子篩，吸附脫除空氣中的CO₂。空間站采用硅膠和13X復(fù)合床既保證干燥床吸水容量大，又能對空氣進(jìn)行深度干燥。單獨采用硅膠作吸附介質(zhì)，吸水容量大，干燥后空氣的露點僅有-20～-30℃，空氣中的部份水分容易穿透干燥床進(jìn)入5A吸附床，這部分水份在5A吸附床解吸過程中，隨著CO₂脫附直接排放到外太空中造成水分損失，并且對于國際空間站已經(jīng)建立了通過CO₂的還原回收部份水分，CO₂含水過高將嚴(yán)重影響二氧化碳還原系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。為避免水份損失或者保證CO₂還原系統(tǒng)高效運行，國際空間站選用硅膠+13X分子篩混合床，對空氣進(jìn)行深度干燥，保證干燥床出口的空氣露點達(dá)到-50℃以下，避免空氣中的水份進(jìn)入分子篩吸附床。