[发明专利]一种蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂及原位合成方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及气体吸附式干燥净化及热回收技术，特别涉及一种蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂及其原位合成方法与应用。

背景技术

陶瓷纤维与块体吸附剂有机结合构筑而成的蜂窝陶瓷基除湿块体吸附剂(除湿转芯)，可应用于吸附式除湿转轮及全热回收系统中。其中，除湿转芯是系统的核心，其性能的好坏决定着系统能效的高低。评价除湿转芯性能主要包括两个方面：(1)块体吸附剂与基材复合的制备工艺，制备工艺影响除湿转芯的使用寿命，进而影响除湿性能；(2)块体吸附剂本身性能，通常希望块体吸附剂具有较高的平衡吸附量，特别是前期吸附速率；此外，希望块体吸附剂具有较低的脱附温度。

NaA分子筛(4A)具有低湿度下吸附量大(20％)、前期吸附速率快(吸附I型)、热稳定性高(可耐700℃以上高温)以及其优异的选择性吸附(不吸附直径大于4A的极性分子)等特点，作为块体吸附剂，由其制作的除湿转轮，特别适合需获得低露点温度(-80℃左右)空气的场合。然而现有蜂窝陶瓷基NaA分子筛，作为除湿转芯仍显不足：(1)在制备工艺上，通常以陶瓷纸制作的蜂窝陶瓷基胚体作基材，工业分子筛(粒径2～5μm)为块体吸附剂，以及无机胶或有机/无机复合胶作粘合剂，经浸渍涂覆的方法粘合而成。如美国专利US 4886769“活性气体吸附单元及制造方法”，中国专利ZL 200610123763.0“分子筛和改性硅胶复合物块体吸附剂的制备方法”等涉及的分子筛(包括复合物)除湿转芯(块体吸附剂)的制备工艺。由于粘合剂的加入会堵塞分子筛孔道，使得其除湿量降低；再者，分子筛粒径较大，块体吸附剂之间及其与基材、粘合剂间作用力较小，长时间的转轮转动及块体吸附剂的吸脱附过程，易出现掉粉现象，影响其使用寿命及吸附性能。(2)由于工业分子筛粒径大，比表面积较小，其前期吸附速率及平衡吸附量相对较低，此外，具有吸附I型的NaA分子筛脱附温度较高，对系统节能有影响。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种除湿量较高、吸附速率较快、块体吸附剂之间及其与陶瓷纤维作用较强、且脱附性能较好的蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂的原位合成方法。

本发明的另一目的在于提供由上述合成方法得到的蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂。

本发明的再一目的在于提供上述蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂的应用。本发明所制备的吸附剂应用于吸附式气体除湿干燥和制冷空调中的转轮除湿系统。

本发明的目的通过如下技术方案来实现：

一种蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂的原位合成方法，包括以下步骤：

(1)将浸涂有硅溶胶的陶瓷纤维纸(包括底纸、面纸)成形，以获得蜂窝状圆筒体；将蜂窝状圆筒体浸渍于碱土金属盐溶液中，取出干燥，烧结，得到蜂窝状陶瓷胚体；所述碱土金属盐溶液中碱土金属盐的质量百分数为1～10％；

(2)真空条件下，将蜂窝陶瓷胚体浸渍于NaA分子筛晶种的悬浮液，得到浸渍后的胚体；所述现悬浮液是将NaA分子筛晶种分散于水中得到；

(3)在搅拌的条件下，将铝源、硅源、氢氧化钠及水按照Al₂O₃、SiO₂、Na₂O、H₂O摩尔配比为1:0.2～2.0:2.194∶230.1制成分子筛合成浆液；

(4)将步骤(2)中浸渍后的胚体浸没于步骤(3)的合成浆液中，于100～200℃微波晶化20～60min，冷却，洗涤，于250～500℃进行活化，得蜂窝陶瓷基细粒径NaA分子筛块体吸附剂。

步骤(1)中所述干燥的条件为100～130℃干燥10～20h，优选为120℃干燥12h。

步骤(1)中所述浸涂有硅溶胶的陶瓷纤维纸是指陶瓷纤维的底纸和面纸都浸涂有硅溶胶，硅溶胶用于瓦楞定型和粘附；所述蜂窝状圆筒体是将浸涂有硅溶胶的陶瓷纤维纸经瓦楞纸机瓦楞辊热压、覆卷制备而成。

步骤(1)中加入碱土金属盐溶液的目的是由于后续的分子筛晶化过程是在强碱性条件下完成，胚体中硅溶胶(作定型及粘合剂)会部分溶解，使蜂窝胚体坍塌、变形，因此需加入碱土金属盐，使其与硅溶胶反应生成更难溶性的碱土金属硅酸盐沉淀，沉积在陶瓷基材表面保护蜂窝胚体不受碱溶液的腐蚀。

步骤(1)中所述碱土金属盐为镁的水溶性卤化物、钙的水溶性卤化物、锶的水溶性卤化物、钡的水溶性卤化物、硝酸镁、硝酸钙或硝酸钡中的一种或以上。优选地，考虑原料来源、价格等因素，选用氯化镁、氯化钙一种及以上。