本發(fā)明涉及分離與提純領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于極性物質(zhì)吸附分離與提純材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

物質(zhì)分離包括氣氣分離、氣液分離、氣固分離、液液分離、液固分離,在傳統(tǒng)化工生產(chǎn)單元操作過程中涉及的分離方法主要包含物理分離和化學(xué)分離兩種,其中物理分離又包括精餾、萃取、機(jī)械過濾、吸附、靜電吸附等。

精餾主要針對(duì)液液分離，根據(jù)混合物中物質(zhì)沸點(diǎn)差異進(jìn)行分離操作，但是分離得到的產(chǎn)物多為一定餾程范圍的混合物，分離精度較低，特別對(duì)于油品生產(chǎn)企業(yè)，分離后的產(chǎn)物含有一定的有機(jī)酸、堿性氮等極性物質(zhì)，造成產(chǎn)品的酸值、堿值超標(biāo)；萃取主要針對(duì)液液分離，根據(jù)不同物質(zhì)在特定萃取劑里的溶解度不同進(jìn)行分離操作，但是分離過程中伴隨萃取液產(chǎn)生，必須對(duì)萃取液進(jìn)行再分離操作，工序較為復(fù)雜，而且分離所得的產(chǎn)物收率較低，一般不超過90％；機(jī)械過濾主要針對(duì)氣固分離、液固分離，根據(jù)過濾要求，采用不同精度的濾芯對(duì)氣體或液體中的固體顆粒物進(jìn)行篩分分離操作，但是這種機(jī)械過濾方式容易堵塞濾芯，特別是對(duì)于固體含量較多且過濾精度要求高的物質(zhì)，過濾效率較低；吸附主要針對(duì)氣氣分離、氣液分離、液液分離，利用吸附劑(例如分子篩、白土等)特有的微孔結(jié)構(gòu)，對(duì)流體中的大分子物質(zhì)或雜質(zhì)成分進(jìn)行吸附分離，但是這種吸附方式所使用的吸附劑均有吸附容量，失活之后需要重新裝填吸附劑，成本較高，且產(chǎn)生的失活吸附劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。

靜電吸附是近些年興起的一種較為先進(jìn)的氣固、液液、液固分離方式，主要應(yīng)用于氣體靜電除塵、污水處理,油品凈化等方面，這種分離方式主要利用高壓靜電場(chǎng)原理，對(duì)正負(fù)兩極板施加電壓(幾百—幾萬伏)，使正負(fù)兩極板間形成高壓靜電場(chǎng)，利用高壓靜電場(chǎng)場(chǎng)能對(duì)流經(jīng)電場(chǎng)的流體介質(zhì)中的帶電荷的極性物質(zhì)進(jìn)行做功，使其發(fā)生定向泳動(dòng)，并被正負(fù)兩極板間的材料粘附，達(dá)到物質(zhì)分離的目的，但是這種分離方式在處理水分或極性雜質(zhì)含量較高的介質(zhì)時(shí)，當(dāng)電場(chǎng)電壓和電流較高時(shí)，容易發(fā)生擊穿放電現(xiàn)象，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)事故。

化學(xué)分離主要是通過人為添加化學(xué)組分，與分離物質(zhì)中的極性雜質(zhì)發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，形成固體顆?；驓怏w組分，從而起到物質(zhì)分離的作用，但是這種分離方式會(huì)不可避免的產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物，會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定的污染，例如油品生產(chǎn)過程中的酸堿精制，由于在“酸洗”過程中產(chǎn)生大量的酸渣，污染環(huán)境，國家已明令禁止使用。

為了彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N極性物質(zhì)吸附分離與提純材料及其制造方法，可以實(shí)現(xiàn)極性物質(zhì)與非極性物質(zhì)的有效分離，包括氣氣分離、氣液分離、氣固分離、液液分離、液固分離,在滿足安全、環(huán)保要求的同時(shí)保證物質(zhì)的分離精度、收率及純度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的技術(shù)方案如下：

一種極性物質(zhì)吸附分離與提純材料，所述材料包括經(jīng)陰極改性劑浸泡改性處理后得到陰極纖維床層和經(jīng)陽極改性劑浸泡改性處理后得到陽極纖維床層，所述纖維床層經(jīng)吸附纖維和骨架纖維經(jīng)過混紡制成。

作為優(yōu)選，陰極改性劑為金屬類陰性亞微米粉體材料，選自：氧化鎂、氧化鋅、氧化鋯、氧化鎳、氧化鈀、氧化鈦、氧化鉻、氧化銠、氧化錸、氧化鉬、氧化釩、氧化錳、氧化砷、氧化銅、氧化鈣、氧化銥、氧化鉑、氧化鉈、氧化鐳、氧化銻、氧化鈷、氧化鎘、氧化鍺、氧化釙、氧化鎵、氧化銦、氧化鋰、氧化鈹、氧化鉍、氧化鈮的單體或混合物等。

進(jìn)一步地，金屬類陰性亞微米粉體材料優(yōu)選氧化鎂、氧化鋅、氧化鋯、氧化鎳、氧化鈀、氧化鈦、氧化鉻、氧化砷、氧化銅、氧化鈣的單體或混合物等。

作為優(yōu)選，陽極改性劑為金屬類陽性亞微米粉體材料，選自：鈦酸鎳、鈦酸鉈、鈦酸銻、鈦酸釩、鈦酸鎘、鈦酸鍺、鈦酸釙、鈦酸銥、鈦酸鉑、鈦酸鋇、鈦酸銠、鈦酸鐳、鈦酸鉬、鈦酸銅鈣、鈦酸鎵、鈦酸銦、鈦酸鋰、鈦酸鈹、鈦酸鉍、鈦酸錸、鈦酸鋁、鈦酸鍶、鈦酸鈷、鈦酸鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鋅、鈦酸鉻、鈦酸砷、鈦酸鎂的單體或混合物等。

進(jìn)一步地，金屬陽性亞微米粉體材料優(yōu)選鈦酸鍶、鈦酸鈷、鈦酸鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鋅、鈦酸鉻、鈦酸銅鈣、鈦酸砷、鈦酸鋇、鈦酸鎂的單體或混合物等。

所述吸附纖維含有大量的納米級(jí)孔道，比表面積大，可為極性物質(zhì)及大分子物質(zhì)提供大量的附著位點(diǎn)，骨架纖維主要為改性劑提供支撐附著表面。

作為優(yōu)選，吸附纖維與骨架纖維按比例1:1比例混紡制成，為分離材料提供基本基材。

所述材料還包括粘合堿性水溶液，粘合堿性水溶液采用液體硅酸鈉或液體硅酸鋇與蒸餾水按一定體積百分比配合攪拌制成，所述液體硅酸鈉或液體硅酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為10％-90％。根據(jù)氣候溫度的不同，夏季氣溫較高，液體硅酸鈉或液體硅酸鋇所占的體積分?jǐn)?shù)可提高至90％，冬季氣溫較低，液體硅酸鈉或液體硅酸鋇所占的體積分?jǐn)?shù)可降低至10％。其主要作用是使亞微米級(jí)粒徑的改性劑均勻地分散在液體分散劑中，并且通過其粘附作用，將改性劑粘附在骨架纖維上，不易脫落。

所述極性物質(zhì)吸附分離與提純材料的制備方法如下：

將陽極改性劑與粘合堿性水溶液組成的陽極改性分散相均勻、致密地粘附在纖維床層上得到陽極纖維床層，將陰極改性劑與粘合堿性水溶液組成的陰極改性分散相均勻、致密地粘附在纖維床層上得到陰極纖維床層，將陽極纖維床層與陰極纖維床層疊合，其具體制備步驟：

(1)將陽極改性劑配料攪拌、調(diào)和30分鐘，得到混合均勻的陽極改性劑；

(2)將陰極改性劑配料攪拌、調(diào)和30分鐘，得到混合均勻的陰極改性劑；

(3)將步驟(1)得到的混合均勻的陽極改性劑與粘合堿性水溶液按一定質(zhì)量比置于攪拌器內(nèi)攪拌混合30分鐘至均勻，得到陽極改性分散相；

(4)將步驟(2)到的混合均勻的陰極改性劑與粘合分散劑水溶液按一定質(zhì)量比置于攪拌器內(nèi)攪拌混合40分鐘至均勻，得到陰極改性分散相；

(5)將纖維床層浸泡在步驟(3)中的陽極改性分散相中，浸泡時(shí)間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陽極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陽極纖維床層；

(6)將纖維床層浸泡在步驟(4)中的陰極改性分散相中，浸泡時(shí)間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陰極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陰極纖維床層；

(7)將陽極纖維床層與陰極纖維床層疊合，得到極性物質(zhì)吸附分離與提純材料。

一種極性物質(zhì)吸附分離濾芯，包括極性物質(zhì)吸附分離與提純材料、誘導(dǎo)板、固定支撐結(jié)構(gòu)板、主軸，所述極性物質(zhì)吸附分離與提純材料和誘導(dǎo)板固定于固定支撐結(jié)構(gòu)板上方。

所述吸附分離濾芯，適用于生產(chǎn)過程中的分離與提純操作。

作為優(yōu)選，所述誘導(dǎo)板采用金屬孔板材料制成，在正常工作時(shí)與電源正極(或負(fù)極)連接,誘導(dǎo)極性物質(zhì)吸附分離與提純材料產(chǎn)生極化效應(yīng),并通過纖維床層中的吸附纖維對(duì)流經(jīng)內(nèi)部的極性物質(zhì)進(jìn)行吸附分離。

作為優(yōu)選，固定支撐結(jié)構(gòu)板采用高分子樹脂(或金屬)孔板材料制成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,在濾芯制作過程中包裹在極性物質(zhì)吸附分離與提純材料中，主要對(duì)纖維床層起支撐作用。

作為優(yōu)選，所述誘導(dǎo)板與支撐結(jié)構(gòu)板間隔排布。

作為優(yōu)選，所述主軸為金屬材質(zhì)，通常采用碳鋼經(jīng)機(jī)械加工制成，主要作用是支撐濾芯材料及固定濾芯。

作為優(yōu)選，在主軸的內(nèi)側(cè)鑲嵌有pvc絕緣層，主要作用是在給誘導(dǎo)板或主軸通電的情況下起絕緣作用。

上述吸附分離濾芯的制備方法如下：

(1)纖維床層經(jīng)陰極改性劑浸泡改性處理后得到陰極纖維床層；

(2)纖維床層經(jīng)陽極改性劑浸泡改性處理后得到陽極纖維床層；

(3)步驟(1)得到的陰極纖維床層與步驟(2)得到的陽極纖維床層疊合，得到極性物質(zhì)吸附分離與提純材料；

(4)將兩張極性物質(zhì)吸附分離材料對(duì)稱敷設(shè)于誘導(dǎo)板兩側(cè)，然后統(tǒng)一敷設(shè)于固定支撐結(jié)構(gòu)板上方，最后經(jīng)機(jī)械壓制或卷制得到極性物質(zhì)吸附分離濾芯。

極性物質(zhì)吸附分離與提純?yōu)V芯的制作工藝根據(jù)分離操作的要求可分為兩種，一種是纖維床層填充型，一種是整體卷制型，可選擇性強(qiáng)，即可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化制作，又可根據(jù)根據(jù)特定介質(zhì)針對(duì)性設(shè)計(jì)，滿足所有的流體性物質(zhì)的分離與提純操作工況。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比，其有益效果在于：

(1)通過對(duì)混紡的纖維床層進(jìn)行改性處理，使纖維床層可在單電板電極的激發(fā)誘導(dǎo)下發(fā)生極化反應(yīng)，使纖維床層表面附著的改性物質(zhì)的質(zhì)子和電子的排列結(jié)構(gòu)與順序發(fā)生改變，轉(zhuǎn)化成為帶正負(fù)極性的吸附材料，形成對(duì)異性極性分子的吸附勢(shì)能，當(dāng)帶(正負(fù))電荷的極性物質(zhì)在流經(jīng)纖維床層時(shí)被纖維床層中的吸附纖維吸引、粘附，實(shí)現(xiàn)極性物質(zhì)與非極性物質(zhì)的有效分離，特別適用于工業(yè)粉塵處理、污水凈化、油品精制及循環(huán)再生、物質(zhì)提純等物質(zhì)分離、提純領(lǐng)域。即可實(shí)現(xiàn)有機(jī)同相互溶物中極性與非極性物質(zhì)的純物理分離，又可實(shí)現(xiàn)非同相物質(zhì)的分離、凈化，適用于氣氣分離、氣液分離、氣固分離、液液分離、液固分離等多種物系分離操作，應(yīng)用范圍廣，材料的適應(yīng)性強(qiáng)。完全依靠改性處理后的極性吸附材料來實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)的分離與提純的目的。

(2)由于采用單電板電極激發(fā)誘導(dǎo)方式,靠激發(fā)誘導(dǎo)發(fā)生極化效應(yīng)的改性纖維床層進(jìn)行吸附分離與提純,完全區(qū)別于傳統(tǒng)電吸附或靜電吸附過程中利用高壓靜電場(chǎng)場(chǎng)能對(duì)極性物質(zhì)進(jìn)行做功的原理,完全避免了在物質(zhì)分離過程中擊穿放電現(xiàn)象，消除了安全隱患，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍,安全、高效、環(huán)保。

(3)極性材料通過單極電源的通電與斷電，產(chǎn)生極性與喪失極性，從而達(dá)到吸附與解吸的效能，實(shí)現(xiàn)大容量、反復(fù)的再生與使用，大大提升了極性材料的吸附能力與處理能力，從而實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的目標(biāo)。

(4)采用纖維狀床層主動(dòng)吸附方式，纖維床層內(nèi)部松散，呈不規(guī)則的絮狀排布，孔道較大，特別適用于雜質(zhì)含量高、水分含量高以及含有有機(jī)酸性氧化物、堿性氨氮化合物包括帶有酸堿極性結(jié)構(gòu)基團(tuán)的炭黑顆粒物的介質(zhì)的大規(guī)模、連續(xù)化分離與提純操作，使分離、提純后的介質(zhì)的清潔度、酸值(酸度)、堿值、微水含量等質(zhì)量指標(biāo)完全達(dá)到理想指標(biāo)。

附圖說明

附圖僅用于示出優(yōu)選實(shí)施方式的目的，而并不認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中極性物質(zhì)吸附分離與提純材料的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中極性物質(zhì)吸附分離濾芯的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例中極性物質(zhì)吸附分離濾芯的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明技術(shù)方案不局限于所列舉的具體實(shí)施方式，還包括實(shí)施方式之間的任意組合。

結(jié)合附圖1所示，一種極性物質(zhì)吸附分離與提純材料，所述材料包括經(jīng)陰極改性劑浸泡改性處理后得到陰極纖維床層1和經(jīng)陽極改性劑浸泡改性處理后得到陽極纖維床層2，所述纖維床層經(jīng)吸附纖維和骨架纖維經(jīng)過混紡制成。吸附纖維與骨架纖維按比例1:1比例混紡制成。

所述材料還包括粘合堿性水溶液，粘合堿性水溶液采用液體硅酸鈉或液體硅酸鋇與蒸餾水按一定體積百分比配合攪拌制成，所述液體硅酸鈉或液體硅酸鋇的體積分?jǐn)?shù)為10％-90％。

所述極性物質(zhì)吸附分離與提純材料的制備方法如下：

(1)將陽極改性劑配料攪拌、調(diào)和30分鐘，得到混合均勻的陽極改性劑；

(2)將陰極改性劑配料攪拌、調(diào)和30分鐘，得到混合均勻的陰極改性劑；

(3)將步驟(1)得到的混合均勻的陽極改性劑與粘合堿性水溶液按一定質(zhì)量比置于攪拌器內(nèi)攪拌混合30分鐘至均勻，得到陽極改性分散相；

(4)將步驟(2)到的混合均勻的陰極改性劑與粘合分散劑水溶液按一定質(zhì)量比置于攪拌器內(nèi)攪拌混合40分鐘至均勻，得到陰極改性分散相；

(5)將纖維床層浸泡在步驟(3)中的陽極改性分散相中，浸泡時(shí)間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陽極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陽極纖維床層；

(6)將纖維床層浸泡在步驟(4)中的陰極改性分散相中，浸泡時(shí)間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陰極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陰極纖維床層；

(7)將陽極纖維床層與陰極纖維床層疊合，得到極性物質(zhì)吸附分離與提純材料。

結(jié)合附圖2所示，一種極性物質(zhì)吸附分離濾芯，包括極性物質(zhì)吸附分離與提純材料、誘導(dǎo)板3、固定支撐結(jié)構(gòu)板4、主軸5，在使用過程中兩張極性物質(zhì)吸附分離材料對(duì)稱敷設(shè)于誘導(dǎo)板3兩側(cè)，然后統(tǒng)一敷設(shè)于固定支撐結(jié)構(gòu)板4上方，最后經(jīng)機(jī)械壓制或卷制得到極性物質(zhì)吸附分離濾芯。

結(jié)合附圖3所示，誘導(dǎo)板3采用金屬孔板材料制成，在正常工作時(shí)與電源正極(或負(fù)極)連接,誘導(dǎo)極性物質(zhì)吸附分離與提純材料7產(chǎn)生極化效應(yīng),并通過纖維床層中的吸附纖維對(duì)流經(jīng)內(nèi)部的極性物質(zhì)進(jìn)行吸附分離,固定支撐結(jié)構(gòu)板4采用高分子樹脂(或金屬)孔板材料制成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高,在濾芯制作過程中包裹在極性物質(zhì)吸附分離與提純材料7中，主要對(duì)纖維床層起支撐作用，誘導(dǎo)板3與固定支撐結(jié)構(gòu)板4間隔排布。主軸5為金屬材質(zhì)，通常采用碳鋼經(jīng)機(jī)加工制成，主要作用是支撐濾芯材料及固定濾芯，在主軸5的內(nèi)側(cè)鑲嵌有pvc絕緣層6，主要作用是在給誘導(dǎo)板3或主軸5通電的情況下起絕緣作用。

以下示出不同的實(shí)施方式，其主要步驟均與以上描述相同，不同之處在于其使用了不同的陽極改性劑、陰極改性劑、粘合堿性水溶液，以下將列表示出具體實(shí)施方式(一)至(十)：

以下具體實(shí)施方式中，分離效率是根據(jù)實(shí)驗(yàn)前后潤滑油酸值指標(biāo)的下降程度界定。

表1.不同工藝參數(shù)下的分離效果表

采用現(xiàn)在市場(chǎng)上已有的機(jī)械過濾式、靜電吸附式等過濾技術(shù)和設(shè)備，過濾后的油品的酸值基本沒有任何變化，對(duì)極性與非極性物質(zhì)的分離基本沒有作用。

本申請(qǐng)完全依靠改性處理后的極性吸附材料來實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)的分離與提純的目的，同時(shí)避免了靜電處理時(shí)的擊穿放電現(xiàn)象，安全性高，應(yīng)用范圍廣，實(shí)現(xiàn)了大容量、反復(fù)的再生與使用，利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。特別是完全采用物理選擇性吸附的方式，達(dá)到了化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的效果和結(jié)果，是一種完全突破與顛覆性的新型技術(shù)，對(duì)分離與提純行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步必將發(fā)揮至關(guān)重要的價(jià)值與作用。

本申請(qǐng)技術(shù)方案與其它現(xiàn)有技術(shù)相比，具有的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行列表分析如下：

表2.本技術(shù)方案與其它現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比表

現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)而言，本技術(shù)方案具有如下競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)：

(1)本技術(shù)方案的工作原理與吸附效果，完全超越現(xiàn)有的機(jī)械過濾式、靜電吸附式的凈化工藝技術(shù)，吸附能力是以上技術(shù)的100-1000倍以上，成本為以上技術(shù)的10-30％，是目前國內(nèi)唯一能使廢油酸值下降，再生為新油標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備。

(2)本技術(shù)方案是徹底淘汰酸堿精制的新興環(huán)保工藝技術(shù)與設(shè)備。

(3)本技術(shù)方案不及加氫精制投資成本的1‰，適合中小規(guī)模的油品加工企業(yè)，生產(chǎn)成本為加氫精制的25％。

(4)現(xiàn)有技術(shù)中，靜電吸附目前是國際與國內(nèi)物理分離凈化技術(shù)領(lǐng)域最先進(jìn)的應(yīng)用技術(shù)，本技術(shù)方案與現(xiàn)有的靜電吸附工藝技術(shù)和設(shè)備的對(duì)比分析如下：

表3.靜電吸附濾油機(jī)與極性材料吸附濾油機(jī)的對(duì)比分析

當(dāng)然，以上是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明基本原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。