[发明专利]一种纸状烧结金属纤维负载分子筛膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附与催化领域多孔分子筛膜复合材料及其制备的技术领域，具体是一种纸状烧结金属纤维负载分子筛膜及制备方法。

背景技术

分子筛具有规则的微孔孔道，能让小分子通过而大分子不通过，所以分子筛在分离和吸附方面有广泛的应用。在过去几十年，大量研究工作者致力于研究可应用于吸附分离和催化的分子筛膜。

分子筛膜主要包括NaA型，NaX型，NaY型，MFI型(ZSM-5，silicalite-1)，MOR型，CHA(SAPO34)型，P型以及ETS-4型钛分子筛膜等。由于分子筛本身具有吸附催化性能，可用于分子筛膜反应器中。在分子筛膜中，MFI型分子筛膜比较容易合成，且具有很高的吸附催化效果，受到广泛关注。结构化分子筛膜是指在多孔载体上合成的分子筛膜。分子筛膜的制备方法主要有嵌入法、原位水热晶化法、二次生长法以及微波加热法等，其中二次生长法最为常用。常用的载体包括不锈钢、玻璃、单晶硅片、多孔的α-Al₂O₃及陶瓷管或片等。但目前所用的载体都是现成的，其形状、厚度及空隙率等均不容易调控，且α-Al₂O₃及陶瓷上的硅和铝容易溶解进入反应溶液，分子筛晶体容易堵塞载体孔道，玻璃等无机材料载体机械强度、化学稳定性及传热性能都比较差。这些载体的缺点大大限制了结构化分子筛膜的实际应用。

因此，如何制备一种空隙率和机械强度可调、可随意折叠和裁剪、化学稳定性及传热性能均较好的纸状烧结金属纤维载体，为解决传统分子筛膜支撑体所存在的问题提出一种新的方法。

美国Auburn大学( U.S.Patents NO. 5，304，330；NO. 5，080，963；NO. 5，102，745；NO. 5，096，663和NO. 6，231，792)在90年代发明了一种具有三维网状结构的烧结纤维复合材料及其制备方法。国内华东师范大学路勇和华南理工大学张会平等人（中国 申请号200510028873.4，公开号CN1762909A；申请号 200610025844.7，公开号 CN 1836779A；申请号 200710026410.3，公开号 CN 101007270A）用玻璃纤维、陶瓷纤维及金属纤维包覆SiO₂、Al₂O₃及活性炭颗粒制备了复合材料，但是还未见报道纸状烧结金属纤维负载分子筛膜的复合材料的制备。

如何制备空隙率和强度可调的纸状烧结金属纤维载体，并利用二次生长法在该载体表面成功合成厚度可调控的分子筛膜，且不影响材料的空隙率，这是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对传统分子筛膜载体所存在的不足，提供一种空隙率可调控的纸状烧结金属纤维材料的制备方法。

   本发明的另一个目的在于如何将分子筛膜生长在纸状烧结金属纤维载体上，分子筛膜厚度能随意调控，并保持材料的性能基本不变。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种纸状烧结金属纤维负载分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将质量比为1~1:1~3的胶粘剂和金属纤维加入到水中，搅拌形成均匀浆液；

（2）将步骤（1）所得的浆液抄片，制成纸张式烧结金属纤维载体前驱体；

（3）将步骤（2）所得的前驱体在105~200℃下干燥10~120min后，再在600~1400℃下，于氮气或者氢气气氛中烧结10~120min，制得具有三维网状结构的纸状烧结金属纤维载体；

（4）将步骤（3）所得到的载体用阳极氧化法预处理，并通过二次生长法在金属纤维表面合成分子筛膜。

所述胶粘剂为纤维素、有机酸树脂或热固树脂。

所述金属纤维为铜、镍、铑、钴、锌、银、钒、铁、不锈钢或镁中的任意一种或多种形成的合金纤维。

所述金属纤维的直径范围为0.5~10μm。

所述阳极氧化法预处理为：将纸状烧结金属纤维载体用质量百分比为5~10wt%的氢氧化钠水溶液和质量百分比为5~10wt%的硫酸水溶液分别浸泡10~60min后，再置于质量百分比为5~20wt%的硫酸水溶液电解液中，在电压为3~5V下，阳极氧化5~30min。