專利名稱：包括大孔干燥劑的蜂窩狀基體及其方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到包括大孔干燥劑的蜂窩狀基體、其制造方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
很多疾病都與室內(nèi)空氣質(zhì)量有關(guān)，并也已知對工作人員的生產(chǎn)率具有直接影響。對增加通風(fēng)率和用于改善室內(nèi)空氣質(zhì)量的控制濕度水平的需求的增加在HVAC (加熱、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié))系統(tǒng)的設(shè)計中產(chǎn)生了挑戰(zhàn)和機會。在HVAC及工業(yè)過程中，對空氣和氣體的管理需要其多種性質(zhì)，如溫度、濕度、微粒和氣體污染物、噪音等的管理。目前已對在可控空間，特別是具有高占用率的設(shè)施，如學(xué)校、醫(yī)院、電影院等中的濕度控制的重要性有了普遍的公認(rèn)。在這些應(yīng)用中干燥劑轉(zhuǎn)輪類除濕機被越來越多地用于控制濕度。一種為了滿足(更)大通風(fēng)率的需求的HVAC系統(tǒng)設(shè)計的主要的新興方法是提供作為新鮮空氣裝置的獨立室外空氣系統(tǒng)以滿足全部新鮮空氣裝載的需要及為了滿足除濕(房間內(nèi)潛在的)需求而提供必要的除濕，并將一種獨立的裝置或系統(tǒng)用作并列裝置以維護房間或已占用空間的內(nèi)部敏感負荷。因此有開發(fā)各種DOAS (獨立室外空氣系統(tǒng))以通過新鮮空氣裝置處理新鮮空氣和室內(nèi)潛在負荷的需求。一些DOAS裝置或系統(tǒng)完全基于同時用于降溫和除濕的機械制冷的應(yīng)用，而其它結(jié)合機械制冷/降溫的DOAS使用各種能量回收轉(zhuǎn)輪中的一個或多個，在一些實例中還使用“被動型”或“熱激活”的干燥劑轉(zhuǎn)輪?？赏ㄟ^機械制冷或通過使用干燥劑材料以產(chǎn)生除濕效果的干燥劑除濕機進行除濕。干燥劑材料對水蒸氣具有高親和力。常用的干燥劑材料的實例為硅膠。通常它們的濕氣含量(持水量)為周圍空氣的相對濕度的函數(shù)。最常用的吸附劑大體上為 合成沸石/分子篩 活性氧化鋁 硅膠/金屬硅酸鹽吸附劑為粒狀、珠狀、粉末狀或幾種其它形式，如鑄造、擠出的、蜂窩狀基體等。2009 年的 ASHRAE Handbook-Fundamentals (SI)中第 32 章 32. 4 頁第 I 欄第 5 段中陳述如下“吸附特性取決于(I)總表面積、(2)總毛細管體積和(3)毛細管直徑的范圍。大的表面積使吸附劑在低相對濕度下具有更大的容量。大毛細管對冷凝水提供了高容量，這使吸附劑在高相對濕度下具有更大的容量。窄范圍的毛細管直徑使吸附劑對其可容納的蒸氣分子更具選擇性。 在設(shè)計干燥劑中一些權(quán)衡是必要的。例如，具有大毛細管的材料需要比更小毛細管的材料具有每體積單位的更小的表面積。因此有時將吸附劑結(jié)合以跨越寬范圍的操作條件提供大的吸附容量。圖5(b)使用了三種為實驗室研究用而制備的非商業(yè)硅膠吸附劑說明了這一點。它們每種都具有不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但由于它們都是硅膠，因此具有相似的表面吸附特性。硅膠I具有大毛細管，使得其總體積較大但總表面積小。它在高相對濕度下具有大的吸附容量，但在低相對濕度下只能吸附少量。相反,娃膠8的毛細管體積為娃膠I的大小的七分之一，但總表面積約為其兩倍大。這使得它在低相對濕度下具有更大的容量，但使其具有更低的容量以容納在高相對濕度下冷凝的水氣?？芍苽涔枘z及多數(shù)其它吸附劑以提供特定應(yīng)用中的最佳性能，強度、質(zhì)量及其它有利特性的平衡容量。因此吸附性能取決于總表面積和孔隙體積。多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)都涉及到使用微孔或具有I型等溫線的干燥劑的干燥劑基體。除濕被認(rèn)為是用于熱舒適的HVAC系統(tǒng)的主要特征。當(dāng)干燥劑除濕被用于管理和處理大氣壓下的空氣時，主要使用蜂窩狀基體以最大化與通過/經(jīng)過干燥劑的空氣接觸的表面積，同時最小化干燥劑的使用也最小化經(jīng)過“干燥劑床”的空氣的壓降。可使用各種有時可完全多孔的基質(zhì)如塑料板、金屬/鋁箔、“紙”樣的有機和/或無機纖維基質(zhì)形成蜂窩狀基體。取決于基質(zhì)的選擇、干燥劑“沉積/裝載”的量和空氣/基體的工作溫度，以下為一些將干燥劑沉積/裝載到基質(zhì)上以制造基體的方法。a.涂布b.浸潰c.原位合成當(dāng)可對各種I至V型[圖5 (a)]的多種干燥劑粉末作出“涂布”或“浸潰”的選擇時，因為它們是批量生產(chǎn)并用于除HVAC空氣處理外的各種工業(yè)應(yīng)用中，對在多孔無機纖維基質(zhì)的孔隙中并形成蜂窩狀的硅膠和金屬硅酸鹽型干燥劑的原位合成主要用于工業(yè)及商業(yè)干燥劑除濕機的應(yīng)用，其中使用在60°C至200°C的高溫下的空氣對干燥劑轉(zhuǎn)輪進行恒定(再)熱激活(invariably thermally (re) activate)。如上所述，一些單獨的室外空氣系統(tǒng)(DOAS)裝置或系統(tǒng)完全基于同時用于降溫和除濕的機械制冷的應(yīng)用，而其它結(jié)合機械制冷/降溫的DOAS使用單個或多個各種能量回收轉(zhuǎn)輪，在一些實例中還使用“被動型”或“熱激活”干燥劑轉(zhuǎn)輪。在各種DOAS和其它HVAC設(shè)備中，配置“被動型”除濕轉(zhuǎn)輪的裝置在發(fā)展。該“被動型”除濕轉(zhuǎn)輪僅在最近開始被應(yīng)用。如名字所指，該“被動型”干燥劑轉(zhuǎn)輪是不被熱激活的轉(zhuǎn)輪，即不使用任何熱來再生。為了更好的理解，請參照圖la，其中示出典型的熱激活轉(zhuǎn)輪。如圖I (b)中所示，在旋轉(zhuǎn)干燥劑轉(zhuǎn)輪中，通常有兩個部分處理部分(2)和再激活部分(3)，通過這兩個部分蜂窩狀基體或床移動/旋轉(zhuǎn)。在處理部分中，干燥空氣或氣體，或通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪/床獲得移除的濕氣。在再激活部分中，該干燥劑轉(zhuǎn)輪塊(desiccant wheelmass)/基體暴露于溫度升高的空氣流(8)中，該空氣流在持續(xù)的基礎(chǔ)上將濕氣驅(qū)逐出干燥齊U，這些濕氣被去除。當(dāng)空氣被加熱并圍繞在再激活部分中的干燥劑塊/基體時，該干燥劑塊與圍繞其的空氣的蒸氣壓差決定了通過該干燥劑塊/基體放出的濕氣的量和速度。 在熱激活的轉(zhuǎn)輪中，再生空氣流通常升高至60°C至200°C范圍內(nèi)的溫度，這取決于各種因素，包括，但不限于，干燥劑的選擇、處理和再激活部分間的部分劃分、床旋轉(zhuǎn)速度等。該熱激活轉(zhuǎn)輪有助于實現(xiàn)“深度”除濕，而至今為止，所有基于干燥劑轉(zhuǎn)輪的蜂窩狀基體的發(fā)展都集中于在通常低于或在10至50grains/lbs (I. 5至7gms/kg)之間、但有時可與周圍濕氣一樣高的進氣口條件下最大化濕氣的移除。盡管涂布有干燥劑或浸潰有干燥劑的轉(zhuǎn)輪也應(yīng)用/使用于該熱激活轉(zhuǎn)輪應(yīng)用中，但其發(fā)展、應(yīng)用和使用主要為其中干燥劑被“原位”合成的蜂窩狀基體。在所有這些“原位”合成干燥劑轉(zhuǎn)輪的發(fā)展中，焦點在于最小化干燥劑孔徑和最大化/優(yōu)化其表面(孔隙)面積以獲得“深度除濕”。該“原位”生成的干燥劑通常是指I型干燥劑，其中多數(shù)孔徑分布在15至40A之間，更具體地，接近20人.具有I型等溫線的干燥劑在圖5(c)中示出。US4886769涉及一種在RH〉10%時具有約10%的微分吸附的微孔除濕成分的制造方法。所述專利公開了一種用于吸附超低濃度的氣體的成分(具有足夠的物理強度)，該元素通過使用將分散在水玻璃的水溶液中的合成沸石粉末而獲得。 US4911775涉及一種在RH>90%時具有限制在40_45%內(nèi)的吸附容量的蜂窩型除濕元件的制造方法。US4871607涉及一種沒有在不低于100°C的溫度下劣化可能性的具有優(yōu)異耐熱性的濕度交換器元件。該濕度交換器具有有限的吸附容量。US5254195涉及一種濕氣交換元件的制造方法，其中通過將基質(zhì)浸潰在除金屬鹽和酸以外的膠體二氧化硅中來增加沉積在基質(zhì)表面上的吸附劑的量。US5435958涉及一種濕氣交換元件的制造方法，其中蜂窩狀基體浸泡在含有至少一種鈦無機鹽的酸性溶液中以將所述硅酸鈉水玻璃轉(zhuǎn)化為含鈦的硅酸鹽水凝膠。這使得該濕氣交換元件具有改善的濕氣吸附容量并需要較少的能量使基體再生。US5683532涉及一種具有高除濕效率并對小通道中的氣體具有小通過阻力的用于除濕的活性硅膠蜂窩狀吸附體的制造方法。在500°C下使用含有減量氧的空氣燒制蜂窩狀結(jié)構(gòu)以移除紙中的有機組分。US6187381公開了一種除濕元件的制造方法，其中蜂窩浸入二氧化硅溶膠中并干燥，之后浸入堿金屬硅酸鹽(20-35wt%)和堿金屬氫氧化物(20-50wt%)中。氧化硅與堿金屬氧化物之比不應(yīng)超過10。在所述專利中，在90%RH下的濕氣吸附率僅為16. 5%。US6344073涉及一種除濕元件及其制造方法。該除濕材料包括硅膠和金屬氧化物。該除濕元件可主要用于中等濕度條件下。US6630206公開了一種除濕元件的制造方法，其中分子篩浸入水玻璃溶液中。在50和100%RH下的水份吸附率的微分低于40%。因此可以看出現(xiàn)有技術(shù)主要使用包括微孔干燥劑的蜂窩狀基體來除濕。該干燥劑具有提供了用于吸附濕氣的更大的表面積的優(yōu)點，但受到小孔隙體積的缺點的影響，因此只能用在中等至低濕度條件下，而這至今是干燥劑除濕的焦點。此外，現(xiàn)有技術(shù)中的除濕系統(tǒng)沒有一個在50至100%相對濕度下提供高濕氣吸附容量。事實上，所有上述專利在50至100%相對濕度下的水份吸附(容量)的微分都保持在低于40%的量上。在一些示出使用“被動型”除濕轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)中，干燥劑通過涂布或浸潰沉積在基質(zhì)上。然而，所述除濕轉(zhuǎn)輪具有對浸潰和涂布來說必不可少的粘結(jié)劑會通過掩蓋干燥劑的性能降低轉(zhuǎn)輪的效率的缺點。此外，當(dāng)干燥劑遇到飽和空氣時，干燥劑隨著時間有被洗滌的趨勢。將要處理的空氣，特別是外界空氣，除了水蒸氣外可含有幾種氣體污染物，如V0C、臭氣等，且令人期望的是通過干燥劑基體將它們出去。將要處理的空氣，特別是當(dāng)其被預(yù)冷卻至接近飽和時，該氣體污染物有時是水溶性的并主要通過毛細管吸附濃縮在大孔干燥劑內(nèi)。在現(xiàn)有 技術(shù)中，主要使用微孔干燥劑，其呈現(xiàn)出有限的毛細管吸附并因此呈現(xiàn)出對氣體污染物的有限吸附。因此，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中遇到的問題，如以下文中所述，本發(fā)明的發(fā)明人提供了一種包括由“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體以用于“被動型”/ “主動型”除濕中，也用作化學(xué)過濾器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種在50%和100%的相對濕度下具有大于50%且最少40%的“差異性”吸附率(容量)的蜂窩狀基體。本發(fā)明的另一個目的是提供一種含有“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體以增加吸附劑的吸附容量并在非常高的、接近或在飽和，即在90 100%之間的相對濕度下使用。此外，本發(fā)明的目的是提供一種無味、無毒且在正常(熱激活)再生溫度下穩(wěn)定的具有大吸附容量的干燥劑基體。本發(fā)明的另一個目的是提供一種在非常高的相對濕度(RH)/即接近飽和條件下具有最高持水量的“被動型”干燥劑轉(zhuǎn)輪。本發(fā)明的另一個目的是提供一種對于給定的物理大小和形狀具有最大量的用于化學(xué)吸附的浸潰化學(xué)品和對于給定的壓降具有空氣傳輸容量的化學(xué)過濾器。本發(fā)明的又一個目的是提供一種節(jié)省成本的蜂窩狀基體。本發(fā)明提供了一種包括“原位”合成的大孔干燥劑的蜂窩狀基體。該干燥劑具有40至約200.\范圍內(nèi)的孔徑、約0. 40至約0. 80gm/cc的孔隙體積和在50%和100%的相對濕度下大于50%和至少40%的差異性吸水率。本發(fā)明進一步提供了所述包括“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體的制造方法，包括以下步驟i.從浸潰有水玻璃溶液的基質(zhì)(substrate)制造塊狀/圓柱狀或其它一些形狀的蜂窩狀基體(matrix)；所述基質(zhì)由各種無機物質(zhì)或有機物質(zhì)或它們的組合的混合物制成。所述基質(zhì)可為纖維或漿體。無機纖維選自玻璃纖維、陶瓷等，并優(yōu)選為纖維直徑為約6至約18微米、纖維長度為約6至約15mm及厚度為約0. 10至約0. 50mm、優(yōu)選0. 15至0. 25mm的玻璃纖維。玻璃纖維基質(zhì)中的粘合劑含量在6至20的范圍內(nèi)，優(yōu)選6至10%，而用于所述方法中的基質(zhì)的基本重量為20至80gsm，更優(yōu)選20至45gsm。玻璃纖維基質(zhì)的孔隙率在約350至約500cfm/ft2i0. 5英寸的范圍內(nèi)，優(yōu)選大于400cfm/ft2@0. 5英寸的水。ii.在10 80°C的溫度下將浸潰有水玻璃的蜂窩狀基質(zhì)浸泡在4 25wt%的水性金屬鹽溶液或酸溶液或它們的組合中，直到得到水凝膠蜂窩狀基體。塊狀/圓柱狀或任何其它形狀的蜂窩狀基體可選地被浸入鹽溶液或酸溶液或它們的組合中。此外，水玻璃溶液的濃度保持在15 40%，優(yōu)選30%，更優(yōu)選25%，以在起皺前得到浸潰紙的合適條件。水溶性硅酸鹽優(yōu)選選自中性級的硅酸鈉和硅酸鉀。優(yōu)選在堆疊或卷繞前使用膠粘劑如中性級的娃酸鈉將單面瓦榜(single facer)—個接一個地粘合,但還有幾種已知步驟和技術(shù)來實現(xiàn)該過程。iii.熱激活所述水凝膠蜂窩狀基體。所述熱激活在約60°C至約150°C的溫度下進行，優(yōu)選140°C。可選地在熱激活之前洗滌水凝膠蜂窩狀基體。可通過任何常規(guī)技術(shù)使用蜂窩狀基體制備化學(xué)過濾器。浸潰有氧化劑、堿性溶液和弱酸溶液的含有本發(fā)明大孔干燥劑類蜂窩狀基體的化學(xué)過濾器已用于空氣的凈化。所述化學(xué)過濾器也可與干燥劑轉(zhuǎn)輪除濕機一起用于還可進一步包括“被動型轉(zhuǎn)輪”的HVAC應(yīng)用、空氣處理裝置。干燥劑轉(zhuǎn)輪除濕機包括具有“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體，其中所述干燥劑孔徑為約40至約200 A、孔隙體積為約0. 40至約0. 80gm/cc和在50和100%的相對濕度下的“差異性”吸附率(容量)大于50%或至少為40%。所述干燥劑轉(zhuǎn)輪可在HVAC應(yīng)用的除濕機中用作“主動型”/ “被動型”轉(zhuǎn)輪。 以下將參照附圖討論本發(fā)明。


圖I (a)描述了典型的熱激活的微孔干燥劑除濕轉(zhuǎn)輪/轉(zhuǎn)子的工作方式。圖1(b)描述了旋轉(zhuǎn)干燥劑轉(zhuǎn)輪的典型部分劃分。圖2(a)描述了典型的大孔“被動型”干燥劑除濕轉(zhuǎn)輪/轉(zhuǎn)子的工作方式。圖2 (b)描述了 “被動型”旋轉(zhuǎn)干燥劑轉(zhuǎn)輪的典型部分劃分。圖3(a)描述了具有熱交換器的典型的熱激活的大孔干燥劑除濕轉(zhuǎn)輪/轉(zhuǎn)子。圖3 (b)和3c描述了圖3a中的干燥劑轉(zhuǎn)輪的典型部分劃分。圖4(a_d)描述了 “原位”合成的紙、單面瓦楞、單面瓦楞的卷繞和蜂窩狀基體。圖5a描述了典型的等溫線Brunauer分類。圖5(b)描述了一些實驗硅膠的吸附和結(jié)構(gòu)特性的等溫線。圖5(c)描述了微孔干燥劑的典型的I型等溫線。圖5(d)描述了大孔干燥劑的典型的II型和III型等溫線。 圖6(a)描述了包括大孔干燥劑的蜂窩狀基體的等溫線。圖6(b)描述了區(qū)分現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明的等溫線。圖7 (a-c)描述了包括大孔干燥劑類蜂窩狀基體的化學(xué)過濾器。
具體實施例方式本發(fā)明提供了在多孔性蜂窩狀基質(zhì)中“原位”合成和制造一種新的II/III型干燥齊U。制作的干燥劑轉(zhuǎn)輪基體可實現(xiàn)在50%相對濕度與100%RH時持水量的最大化差異。該可商購II、III型干燥劑的等溫線如圖5(d)中所示。為了產(chǎn)生足夠的驅(qū)動力或蒸汽壓差，該持水量之差即濕氣與干燥劑的重量比應(yīng)為至少40%，但優(yōu)選50%或更多，如圖6(a)中所不。在本發(fā)明的一個實施方式中，在100%相對濕度下水的百分比大于60%。用于本發(fā)明目的的除濕機用干燥劑轉(zhuǎn)輪旨在包括“被動型”或“主動型”干燥劑轉(zhuǎn)輪。在如圖2(a)所示的不使用任何熱空氣或流體以使蜂窩狀基體再生或再激活的“被動型”轉(zhuǎn)輪中，除非能產(chǎn)生驅(qū)動力將濕氣驅(qū)逐出干燥劑基體，否則使干燥劑轉(zhuǎn)輪再生的手段有限。因此在再生過程中，“被動型”干燥劑轉(zhuǎn)輪需要依靠它們的應(yīng)用方式以便可以使該驅(qū)動力可用或最大化。通常，在“被動型”干燥劑轉(zhuǎn)輪的現(xiàn)有應(yīng)用方式中，該轉(zhuǎn)輪基體的處理面被暴露在飽和流體流中，即100%相對濕度下。為了使該轉(zhuǎn)輪再生，使用通常為室內(nèi)回風(fēng)的流體/空氣，其通常在50%相對濕度下。因此驅(qū)動力可為蒸汽壓差，該蒸汽壓差由當(dāng)干燥劑飽和時和再生時被具有50%的相對濕度的空氣環(huán)繞時的相對濕度差而可得到或產(chǎn)生。由于“被動型”轉(zhuǎn)輪不承受用于再生的高溫或升高的溫度，目前使用可商購的II型或III型干燥劑涂布在轉(zhuǎn)輪基體的基質(zhì)上或浸潰到轉(zhuǎn)輪基體的基質(zhì)中。然而，在多孔性轉(zhuǎn)輪基體的基質(zhì)中“原位”合成和產(chǎn)生該干燥劑是未知且具有挑戰(zhàn)性的，而又是十分需要的。圖5(c_d) 中所示為I型和II/III型材料的等溫線。如觀察所知，I型干燥劑在中等50或更低的相對濕度下，即該干燥劑的使用條件下，具有足夠且相當(dāng)大的持水量。另一方面，II/III型干燥劑在90 100%飽和度/相對濕度下，即趨于飽和水平的飽和度下，具有非常高的持水量。另一個除濕轉(zhuǎn)輪的增加和區(qū)別的應(yīng)用領(lǐng)域是在進入除濕轉(zhuǎn)輪之前大量的水首先借助于冷卻劑或冷凍液輸送熱交換器移除，接著空氣被飽和，即為100%的相對濕度。該轉(zhuǎn)輪的應(yīng)用經(jīng)常需要在再生空氣回路中熱激活，而在基體中合成的干燥劑需要在該飽和條件下完成最大化的濕氣移除。所有目前可用的具有“原位”合成的I型干燥劑的干燥劑除濕轉(zhuǎn)輪當(dāng)暴露在飽和注入條件下時都呈現(xiàn)出有限的性能，即濕氣移除，因為它們主要是微孔干燥劑基體。用于具有飽和輸入空氣的應(yīng)用、具有“原位”合成的大孔II/III型干燥劑的蜂窩狀基體呈現(xiàn)出比目前市場上可用的微孔I型干燥劑轉(zhuǎn)輪多約10%的濕氣移除。因此這也就是說移除相同量的濕氣可主要節(jié)省10%的能量，即能耗，對于被熱激活并暴露于飽和“處理進入”空氣的干燥劑蜂窩狀基體來說這是一個顯著的進步。目前市場上可用的具有在基質(zhì)中或周圍“原位”合成的硅膠/金屬硅酸鹽的蜂窩型轉(zhuǎn)輪在具有5至100%的相對濕度的空氣流中具有良好的濕氣移除。在該干燥劑基體的開發(fā)中，目標(biāo)集中在具有大表面積和從在10%RH下具有7至9%至在90%RH下具有35 40%的濕氣平衡的微孔干燥劑。該微孔干燥劑具有有限的孔隙體積，因為目標(biāo)是最大化表面積。該微孔干燥劑具有約Ig ~ 25 A的平均孔徑。盡管有幾種定義，在公開文獻中，區(qū)分微孔、大孔、中孔材料的孔徑范圍，孔徑增大，特別是孔隙體積增大很多，且在90%RH下增加的持水量都是指通常為II和III型等溫線的大孔或中孔材料。直到幾年之前所用的干燥劑除濕轉(zhuǎn)輪主要是熱激活。熱激活的目的是在最寬范圍的入口濕度條件下最大化濕氣移除的性能。這通常使用提供最大/最佳的表面積并通常具有18至25A間的孔隙分布的微孔型干燥劑實現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)中已有越來越多的系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用，其中在向干燥劑除濕轉(zhuǎn)輪輸送“處理空氣”之前通過預(yù)冷卻首先移除最多部分的濕氣。在這種情況下，該干燥劑轉(zhuǎn)輪始終面對進入轉(zhuǎn)輪的處理部分的飽和(100%RH)空氣。這就帶來了生產(chǎn)當(dāng)所進入的空氣為飽和或接近飽和，即具有>90%的相對濕度時，具有高濕氣移除潛力的干燥劑蜂窩狀基體的需求和機會。在>90%的RH下的最高濕氣移除通常需要在100%RH下具有高持水量(>60%)的大孔基體，這與通常也可利用并應(yīng)用于包括高濕度應(yīng)用的全部領(lǐng)域下的微孔材料相反。近年來，系統(tǒng)設(shè)計已配置使用不需要外部熱量/再激活加熱的“被動型”除濕轉(zhuǎn)輪。該系統(tǒng)始終面對進入除濕轉(zhuǎn)輪的接近飽和的空氣。本發(fā)明提供含有“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體，該干燥劑具有約40至約200人的孔徑、約0. 40至約0. 80gm/cc的孔隙體積和在50%和100%的相對濕度下大于50%或至少40%的差異性吸附率。 使用上述大孔干燥劑的“被動型”干燥劑轉(zhuǎn)輪在高RH/接近飽和的條件下具有最高的持水量。本發(fā)明進一步提供了制備包括“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體的方法。制備包括“原位”制備的大孔干燥劑的蜂窩狀基體的方法包括步驟在10 80°C的溫度下將浸潰有水玻璃的蜂窩狀基質(zhì)浸泡在4 25wt%的水性金屬鹽溶液或酸溶液或它們的組合中，直到得到水凝膠蜂窩狀基體，和；熱激活所述水凝膠蜂窩狀基質(zhì)以產(chǎn)生大孔干燥劑類的蜂窩狀基質(zhì)。可選地在熱激活步驟前洗滌水凝膠蜂窩狀基質(zhì)。大孔干燥劑類的蜂窩狀基體包括活性干燥劑的平面波紋板，該板具有0. 8至5_之間，優(yōu)選I. 0 2. 5mm之間的波高并合成為基質(zhì)孔隙。該基質(zhì)可為有機或無機基質(zhì)，如纖維玻璃、牛皮紙、陶瓷紙等。在本發(fā)明的一個實施方式中，用于干燥劑類的蜂窩狀基體的基質(zhì)為玻璃纖維基質(zhì)，其含有具有6 18微米的纖維直徑、6 15mm的纖維長度和0. I 0. 5mm且優(yōu)選0. 15
0.25mm的厚度的高度多孔材料。用于所述基體中的玻璃纖維基質(zhì)的粘結(jié)劑含量在6 20%間，優(yōu)選6 10%，所述粘結(jié)劑優(yōu)選為聚乙烯醇。當(dāng)受到加熱/再生時，使用具有低粘結(jié)劑含量的無機纖維基質(zhì)的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體也是環(huán)境友好的。用于該方法中的基質(zhì)基重為20 80gsm,優(yōu)選25至45gsm。用于該方法的多孔基質(zhì)的其它非常重要的特性為，應(yīng)為300-500，優(yōu)選大于400cfm/ft2@0. 5英寸的水的孔隙率。首先將平板和將要起皺的薄板通過所需濃度的水玻璃溶液以在起皺之前獲得浸潰紙的適當(dāng)條件。使用二價或三價水性金屬鹽或任何強/弱酸，無機/有機或它們的組合，來處理該基體。弱酸的實例為磷酸和醋酸，而強酸可選自氫氟酸、鹽酸、硫酸、硝酸等。如果是水玻璃，則通常使用硅酸鉀和硅酸鈉。然而，由于其低成本、副產(chǎn)品的高溶解度、更好的粘結(jié)強度和易得性優(yōu)選硅酸鈉?？梢钥闯鍪褂名}處理基體使得其可水洗。通過本領(lǐng)域已知方法生產(chǎn)波紋板。將按上述制備的塊狀或圓柱狀蜂窩狀基體浸泡在水溶性金屬鹽/不同比例的鹽和其它形式的溶液中以制備硅酸鹽水凝膠。在水玻璃硅酸鹽與金屬鹽之間發(fā)生以形成不溶性金屬硅酸鹽水凝膠的反應(yīng)如下表所示
權(quán)利要求
1.一種大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，所述蜂窩狀基體包括“原位”合成的大孔干燥劑，所述干燥劑具有40至約200 A的范圍內(nèi)的孔徑、約0. 40至約0. 80gm/cc的孔隙體積和在50%和100%的相對濕度下具有大于50%或至少40%的差異性吸水率。
2.如權(quán)利要求I所述的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，其中在100%的相對濕度下所述吸水率大于60%。
3.如權(quán)利要求I所述的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，其中所述干燥劑呈現(xiàn)出II型、III型和IV型等溫線。
4.如權(quán)利要求I所述的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，其中所述基體包括基質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，其中所述基質(zhì)為無機物質(zhì)、有機物質(zhì)或它們的組合。
6.如權(quán)利要求5所述的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，其中所述物質(zhì)為纖維或漿體。
7.—種“原位”制備大孔干燥劑類的蜂窩狀基體的方法，所述方法包括步驟 i.在10 80°C的溫度下將浸潰有水玻璃的蜂窩狀基質(zhì)浸泡在4 25wt%的水性金屬鹽溶液或酸溶液或它們的組合中，直到得到水凝膠蜂窩狀基體，和； ii.熱激活所述水凝膠蜂窩狀基體以產(chǎn)生大孔干燥劑類的蜂窩狀基體。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中可選地在進行步驟(i)后洗滌所述水凝膠蜂窩狀基體。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述鹽溶液為三價鹽溶液。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述三價鹽溶液為硫酸鋁。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述酸溶液為弱酸溶液。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述弱酸為磷酸。
13.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述蜂窩狀基體由有機基質(zhì)、無機基質(zhì)或它們的組合組成。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述基質(zhì)為纖維或漿體。
15.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述水玻璃選自中性級的硅酸鈉或硅酸鉀。
16.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述蜂窩狀基體浸泡約15至120分鐘以獲得水凝膠蜂窩狀基體。
17.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述熱激活在約60°C至約200°C，優(yōu)選140°C的溫度下進行。
18.—種包括“原位”合成的大孔干燥劑的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體作為化學(xué)過濾器的應(yīng)用，所述蜂窩狀基體在50和100%的相對濕度下具有大于50%或至少40%的差異性吸附率(容量)，所述蜂窩狀基體的特征為所述干燥劑具有約40至約200 A的孔徑和約0. 4至·0.8 gm/c c的孔隙體積。
19.一種大孔干燥劑類的蜂窩狀基體在從供應(yīng)空氣流中移除污染物中的應(yīng)用，所述污染物包括氣體、臭氣成分或揮發(fā)性有機化合物。
20.一種干燥劑轉(zhuǎn)輪除濕機，所述除濕機包括含有“原位”合成的大孔干燥劑的蜂窩狀基體，所述蜂窩狀基體在50和100%的相對濕度下具有大于50%或至少40%的差異性吸附率(容量)，所述蜂窩狀基體的特征為所述干燥劑具有約40至約200 A的孔徑和約0. 4至·0. 8 gm/c c的孔隙體積。
21. —種干燥劑轉(zhuǎn)輪除濕機，所述除濕機包括如權(quán)利要求18所述的化學(xué)過濾器。
全文摘要
包括“原位”合成的大孔干燥劑的大孔干燥劑類的蜂窩狀基體，所述干燥劑具有差異性吸水率?！霸弧敝苽渌龃罂赘稍飫╊惖姆涓C狀基體的方法，包括步驟將浸漬有水玻璃的蜂窩狀基質(zhì)浸泡在水性金屬鹽溶液或酸溶液或它們的組合中，直到得到水凝膠蜂窩狀基體和熱激活所述水凝膠蜂窩狀基體以產(chǎn)生大孔干燥劑類的蜂窩狀基體。
文檔編號D01F8/00GK102712135SQ201080056542
公開日2012年10月3日 申請日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月13日
發(fā)明者安尼爾·庫馬爾·喬杜里, 迪帕克·帕赫瓦 申請人:干燥劑轉(zhuǎn)輪國際有限公司