專利名稱：高吸附性能復(fù)合氯化鋰吸附劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是高吸附性能復(fù)合氯化鋰吸附劑的制備方法，屬吸附式氣體凈化技術(shù)，特別涉及吸附劑制備技術(shù)。
由于吸附式氣體凈化系統(tǒng)在低品位能源利用和環(huán)境保護(hù)方面優(yōu)勢(shì)顯著而成為可持續(xù)性發(fā)展的技術(shù)之一。在吸附式氣體凈化技術(shù)中，吸附工質(zhì)對(duì)是決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。已開發(fā)的吸附工質(zhì)對(duì)，其組合達(dá)百余種，但從吸附劑的實(shí)用性方面來選擇，目前用于吸附式旋轉(zhuǎn)除濕器中的吸附劑僅限于氯化鋰(Licl)、硅膠和分子篩等高吸濕性物質(zhì)。氯化鋰吸附劑具有強(qiáng)烈的殺菌能力，經(jīng)氯化鋰轉(zhuǎn)輪式除濕機(jī)處理后，空氣中90％以上的有害細(xì)菌將被殺死，因此廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品等對(duì)空氣潔凈度、濕度有要求的領(lǐng)域。氯化鋰是一種高含濕量的吸濕鹽，易再生和具有高度化學(xué)穩(wěn)定性。即使在高含濕量時(shí)，由于其仍具有使空氣達(dá)到非常低濕度的能力而廣泛作為吸附劑用于旋轉(zhuǎn)除濕器。與硅膠或分子篩等多孔吸附劑相比，氯化鋰的吸濕能力大一倍，而其再生溫度比通常的吸附劑低19℃左右。在氯化鋰-水系統(tǒng)中既存在物理吸附也存在化學(xué)吸附，氯化鋰可以以無水鹽或一水合物晶體固態(tài)吸附水，也可以在吸附水之后由固態(tài)變成鹽水溶液而繼續(xù)吸水，故稱其為最易吸收濕氣的吸濕鹽。旋轉(zhuǎn)除濕器是由無數(shù)蜂窩狀管道組成，管道內(nèi)壁上均勻地附上一層氯化鋰晶體，其蜂窩狀管道稱為基體，要求基體能包容氯化鋰溶液達(dá)到一定的稀釋度，但當(dāng)LiCl液化或LiCl溶液稀釋度太高而逸出基體時(shí)，由于氯化鋰溶液對(duì)金屬具有腐蝕性而使此優(yōu)點(diǎn)喪失，這在很大程度上限制了除濕器中氯化鋰吸附劑的用量，亦即限制了除濕器的除濕量。
本發(fā)明的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有氯化鋰吸附劑在低濕度范圍除濕量小、除濕能力低，以及現(xiàn)有氧化鋰轉(zhuǎn)輪式除濕器中氧化鋰溶液易飄逸出除濕輪而腐蝕周邊設(shè)備的缺點(diǎn)和問題，研究發(fā)明一種能使吸附劑具有較高的吸濕量和較低的再生溫度以減小除濕器體積、降低能耗、達(dá)到節(jié)能、節(jié)材效果的高吸附性能復(fù)合氯化鋰吸附劑的制備方法。
本發(fā)明是通過下列技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的利用離子交換技術(shù)和共聚合方法對(duì)氯化鋰進(jìn)行改性，測(cè)定不同合成工藝的添加劑和氯化鋰的等溫吸附特性，確定最佳添加劑、復(fù)合吸附劑的工藝配比。其制備方法是氯化鋰、氯化鎂、添加劑以質(zhì)量百分比計(jì)的投料配比為氯化鋰65～80氯化鎂5～10添加劑15～25添加劑的主要材料為平均聚合度為1446、α-纖維素96％的精制棉短絨，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％或46％的氫氧化鈉水溶液，CP級(jí)95％乙醇，含量如99.5％氯乙酸，含量＞98％的N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAA)；其反應(yīng)配比為氯乙酸/纖維素質(zhì)量比0.85～0.88，乙醇/纖維素浴比(V/wt)2.5～3.0，MBAA/纖維素質(zhì)量比0.02～0.032，氫氧化鈉/氯乙酸質(zhì)量比0.465～0.55；發(fā)明人通過反復(fù)試驗(yàn)證明添加劑的最佳配比為0.18～0.22時(shí)，本復(fù)合氯化鋰吸附劑具有最大吸附量；其工藝步驟和條件為(1)在捏合式反應(yīng)器中加入計(jì)量的精制棉，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％或46％的氫氧化鈉水溶液與95％乙醇混合液將棉短絨堿化30～60分鐘，溫度為20～30℃，然后加入氯乙酸-乙醇混合液，在30～70℃下醚化100～120分鐘；在醚化后或醚化期間加入MBAA進(jìn)行交聯(lián)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)乙醇水溶液洗滌，中和至pH值為6.8～7.3，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的纖維素類高吸水材料為添加劑；(2)按前述復(fù)合吸附劑反應(yīng)配比加入氯化鋰、氯化鎂和添加劑，在30～40℃條件下，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％的鹽水溶液，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的固體復(fù)合吸附劑。
本發(fā)明所制備的添加劑為交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)親水性高分子化合物，其特點(diǎn)是吸水倍數(shù)適中(自重的幾百倍)，吸水速度快，溫度對(duì)其吸水能力影響不大，在pH值為7.0時(shí)吸水能力最強(qiáng)。吸水能力隨著鹽濃度、鹽離子價(jià)數(shù)的增加而降低。吸水后被水高度溶脹成無色透明凝膠，即使在壓力下也難以使水?dāng)D出，且無毒，pH值易調(diào)節(jié)，無環(huán)境污染，具有吸液保持性、緩釋性、凝膠性、適當(dāng)粘結(jié)(附)性和膨脹性。
本發(fā)明與現(xiàn)有使用的氯化鋰吸附劑相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果(1)吸附量大。在氯化鋰中添加一定量添加劑后，會(huì)使水分在吸附劑中的吸附量隨吸附溫度和吸附壓力的變化而連續(xù)變化，亦即復(fù)合吸附劑具有最佳等溫吸附曲線形狀(由純氯化鋰吸附劑的間斷曲線變?yōu)檫B續(xù)光滑曲線)。使用本發(fā)明的最優(yōu)吸附劑的轉(zhuǎn)輪式除濕器具有最低轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)式除濕器的能量要求低和傳輸損耗??；(2)本發(fā)明制備的吸附劑的吸附/解吸速率快，再生溫度低，這樣可以大大地節(jié)省熱量。從節(jié)能的角度來看，在熱源提供的熱量中有用能增大，亦即提高了
效率；(3)本發(fā)明制備的添加劑吸附液體后具有一定的粘性，在氯化鋰旋轉(zhuǎn)除濕器中使用，可以增加氯化鋰的用量，而不會(huì)發(fā)生氯化鋰液體逸出除濕輪基體而腐蝕周邊設(shè)備的現(xiàn)象，這樣便可增大除濕器的除濕量。當(dāng)然吸附劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)受諸多因素影響，應(yīng)綜合考慮來確定；(4)用本發(fā)明方法所制備的復(fù)合氯化鋰吸附劑其性能參數(shù)明顯優(yōu)于純氯化鋰吸附劑。采用本發(fā)明制備的吸附劑材料可使除濕輪轉(zhuǎn)芯尺寸縮小20％左右，除濕器能耗降低25-30％，節(jié)能節(jié)材效果顯著。
下面對(duì)說明書


如下圖1是實(shí)施例1制備的復(fù)合氯化鋰吸附劑35℃時(shí)的等溫吸附曲線圖；圖2是實(shí)施例2制備的復(fù)合氯化鋰吸附劑35℃時(shí)的等溫吸附曲線圖；圖3是實(shí)施例3制備的復(fù)合氯化鋰吸附劑35℃時(shí)的等溫吸附曲線圖；圖4是實(shí)施例3制備的復(fù)合氯化鋰吸附劑的等溫吸附速率的測(cè)定曲線圖；圖5是實(shí)施例3制備的復(fù)合氯化鋰吸附劑的解吸速率測(cè)試曲線圖；圖中F為添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)，C-LiCi是復(fù)合氧化鋰。
發(fā)明人經(jīng)過多年的研制，已有很多成功實(shí)施例。為了更好說明本發(fā)明既增大除濕量，改善了吸附性能，又降低了再生溫度，擴(kuò)大了再生能源的使用范圍，下面僅列舉3個(gè)實(shí)施例加于比較說明實(shí)施例1在5L捏和式反應(yīng)器中加入精制短棉絨100g，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)46％的氫氧化納水溶液71.09g與95％乙醇300ml的混合液將棉短絨堿化30分鐘，溫度為30℃，然后加入99.5％氯乙酸85g與300ml乙醇混合液，在70℃溫度下醚化100分鐘。在醚化期間加入3.2g的MBAA進(jìn)行交聯(lián)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)2000ml乙醇水溶液洗滌，中和至pH＝7.3，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的纖維素類高吸水材料為添加劑；(2)在125ml中加入氯化鋰80g、氯化鎂5g和添加劑15g，在溫度為30℃時(shí)配制成鹽水溶液，離心干燥，粉碎后制成顆粒狀固體復(fù)合吸附劑。
實(shí)施例2在5L捏和式反應(yīng)器中加入精制短棉絨100g，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％的氫氧化納水溶液71.09g與95％乙醇300ml的混合液將棉短絨堿化60分鐘，溫度控制在20℃，然后加入99.5％氯乙酸85g與300ml乙醇混合液，在30℃溫度下醚化120分鐘。在醚化期間加入2.0g的MBAA進(jìn)行交聯(lián)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)2000ml乙醇水溶液洗滌，中和至pH＝6.8，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的纖維素類高吸水材料為添加劑；(2)在125ml中加入氯化鋰70g、氯化鎂5g和添加劑25g，在溫度為30℃時(shí)配制成鹽水溶液，離心干燥，粉碎后制成顆粒狀固體復(fù)合吸附劑。
實(shí)施例3在5L捏和式反應(yīng)器中加入精制短棉絨100g，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30％的氫氧化納水溶液109g與95％乙醇250ml的混合液將棉短絨堿化40分鐘，溫度控制在30℃，然后加入85g99.5％氯乙酸與250ml乙醇混合液，在40℃溫度下醚化110分鐘。在醚化期間加入2.8g的NBAA進(jìn)行交聯(lián)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)2000ml乙醇水溶液洗滌，中和至pH＝7.0，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的纖維素類高吸水材料為添加劑；(2)在125ml中加入氯化鋰70g、氯化鎂5g和添加劑20g，在溫度為30℃條件下配制成鹽水溶液，離心干燥，粉碎后制成顆粒狀固體復(fù)合吸附劑。
對(duì)上述實(shí)施例所制備的吸附劑材料進(jìn)行等溫吸附特性測(cè)試。圖1～3為不同配比制備的復(fù)合吸附劑等溫吸附平衡曲線，圖中A、B、C、D為按不同配比工藝所制備不同性能的添加劑，分別對(duì)應(yīng)于實(shí)施例1、2、3。由圖上可見本發(fā)明制備的復(fù)合吸附劑的等溫吸附曲線的形狀由不連續(xù)的階梯狀變?yōu)檫B續(xù)的光滑曲線，且水分的吸附量增加。為利用傳熱傳質(zhì)相似理論進(jìn)行轉(zhuǎn)輪式除濕器吸附/解吸過程的數(shù)值模擬提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)比較圖1～3可知添加劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)F對(duì)吸附性能的影響，當(dāng)F約為0.2時(shí)，復(fù)合吸附劑的平衡吸附量達(dá)到最大值。圖4為復(fù)合吸附劑吸附水分速率曲線，由圖4可見；復(fù)合吸附劑的吸附速率比純氯化鋰的吸附速率快。復(fù)合吸附劑吸附水分約需一小時(shí)達(dá)到平衡，前14分鐘吸附速率較快。在熱分析儀上對(duì)復(fù)合吸附劑的解吸速率進(jìn)行測(cè)試，在同一實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試結(jié)果如圖5所示，復(fù)合吸附劑解吸較容易，當(dāng)溫度從55.g℃增加到120℃時(shí)，本發(fā)明制備的吸附劑的解吸速率比純氯化鋰的解吸速率快17.08％。且同一解吸水量，復(fù)合吸附劑比純氯化鋰所需的再生溫度低，這樣使得吸附劑再生所需的能量降低。從節(jié)能的角度來看，在熱源提供的熱量中有用能增大，也即提高了
效率。
權(quán)利要求
1.一種高吸附性能復(fù)合氯化鋰吸附劑的制備方法，其特征在于氯化鋰、氯化鎂、添加劑以質(zhì)量百分比計(jì)的投料配比為氯化鋰65～80，氯化鎂5～10，添加劑15～25；添加劑的主要材料為平均聚合度為1446、α-纖維素96％的精制棉短絨，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％或46％的氫氧化鈉水溶液，CP級(jí)95％乙醇，含量如99.5％氯乙酸，含量＞98％的N，N’-亞甲基雙丙烯酰胺(MBAA)；其反應(yīng)配比為氯乙酸/纖維素質(zhì)量比0.85～0.88，乙醇/纖維素浴比(V/wt)2.5～3.0，MBAA/纖維素質(zhì)量比0.02～0.032，氫氧化鈉/氯乙酸質(zhì)量比0.465～0.55；其工藝步驟和條件為(1)在捏合式反應(yīng)器中加入計(jì)量的精制棉，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％或46％的氫氧化鈉水溶液與95％乙醇混合液將棉短絨堿化30～60分鐘，溫度為20～30℃，然后加入氯乙酸-乙醇混合液，在30～70℃下醚化100～120分鐘；在醚化后或醚化期間加入MBAA進(jìn)行交聯(lián)，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)乙醇水溶液洗滌，中和至pH值為6.8～7.3，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的纖維素類高吸水材料為添加劑；(2)按前述復(fù)合吸附劑反應(yīng)配比加入氯化鋰、氯化鎂和添加劑，在30～40℃條件下，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80％的鹽水溶液，離心干燥，粉碎后制成白色顆粒狀的固體復(fù)合吸附劑。
2.按權(quán)利要求1所述的一種高吸附性能復(fù)合氯化鋰吸附劑的制備方法，其特征在于復(fù)合氧化鋰吸附劑的制備配比中的添加劑的最佳配比為0.18～0.22。
全文摘要
本發(fā)明是高吸附性能復(fù)合氯化鋰吸附劑的制備方法,制備方法是氯化鋰、氯化鎂、添加劑按一定百分配比配制;添加劑由精制棉、氫氧化鈉、乙醇、氯乙酸、亞甲基雙丙烯酰胺按一定配比配制;其步驟為:(1)先用氫氧化鈉水溶液與乙醇混合液將棉絨堿化,然后加入氯乙酸－乙醇混合液醚化,再加入MBAA交聯(lián)、最后經(jīng)洗滌、中和、離心干燥、制成添加劑;(2)再按復(fù)合吸附劑配比制備而成。本復(fù)合吸附劑性能優(yōu)越,吸附/解吸速率快、再生溫度低、節(jié)能節(jié)材效果顯著,從根本上解決了氯化鋰飄逸腐蝕吸附器周邊設(shè)備的現(xiàn)象。
文檔編號(hào)B01J20/04GK1257751SQ99124660
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者丁靜, 楊曉西 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)