CN101961640B - 一种改性硅胶空气干燥剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性硅胶空气干燥剂及其制备方法，属于硅胶的利用领域。制备方法步骤为：（A）取干燥后硅胶置于容器中，加入氯化铝溶液，并使得硅胶与氯化铝溶液充分振荡混合，水浴控制反应温度为20～40℃，得到粗制改性硅胶；（B）粗制改性硅胶在烘箱中干燥，冷却到室温后，将粗制改性硅胶置于容器中，加入氯化锌溶液，并使得硅胶与氯化锌溶液充分振荡混合，水浴控制反应温度为20～70℃，冷却到室温后，取出干燥后得到改性硅胶空气干燥剂空气干燥剂。本发明比未改性硅胶干燥剂的吸附性能明显改善。本发明改性硅胶空气干燥剂具有吸附容量大，吸附速率快，脱附再生容易等特点，所以具有极大的应用推广前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气干燥剂及其制备方法，更具体的说是一种改性硅胶空气干燥剂及其制备方法。
背景技术
干燥剂在日常生活、工业生产占据十分重要的地位，它是工业和民用防潮包装最常用的材料，目前世界上已研制出的干燥剂商品不下上百种，计有硅胶类、生石灰类、无机盐类、木炭、蒙脱石、天然矿物类等。
许多食品和物品由于适宜的干燥剂而吸潮、发霉，饼干、方便面、固体饮料、中西药品吸潮氧化变质，过高的湿度对人体舒适度会产生严重的影响，这些都给国民经济造成很大损失。
但是目前市面所采用的无机和有机干燥剂都存在着诸多缺点，如吸水率不高，容易饱和；不易再生，原料的浪费；使用过程中产生二次污染现象等等。
因此，空气除湿已受到广泛关注。吸附除湿具有耗能低，对环境污染小等优点而备受关注。吸附除湿的关键是高效易脱附除湿材料的开发，而多孔材料——金属盐复合除湿材料由于其同时具备优良的吸附和解吸性能而成为研究的热点。
通常用于深度除湿的吸附剂-分子筛吸附性能好，但需要较高的再生温度（250℃）， 耗能多、不利于系统节能。硅胶有较好的吸附性能再生温度（150℃）适宜，所以当前研究最多的吸附剂材料是硅胶及其衍生物或复合物。
常用的干燥剂为变色硅胶，变色硅胶的组成式为：SiO2·xH2O或mSiO2·nH2O，是一种颗粒大小不同的固体多孔性物质，对空气中的湿气和尘粒有很强的吸附力。在通常情况下，硅胶的吸水率可达31～37％ 以上。并且硅胶无毒、不易挥发，有明显的吸水特征(脱水后呈蓝色，吸水后呈粉红色)，容易脱水再生重复使用。
该型硅胶吸附湿空气中水蒸汽的过程：
a. 水蒸汽穿过复合吸附剂颗粒外两相界面的边界膜扩散进入颗粒孔隙内，称之为外扩散。
b. 水蒸汽通过固体吸附剂颗粒孔隙的扩散，称之为内扩散。
c. 水蒸汽在复合吸附剂内表面的物理吸附。
d. 水蒸汽在复合吸附剂内表面与改性剂生成水合物的化学吸附及进入改性剂溶液的吸收过程。
现有的硅胶改性方法主要有：（1）用氯化钙、氯化锂改性中空硅胶，结果显示：与未改性硅胶相比，CaCl2改性硅胶和LiCl改性硅胶的平均孔径变大而总孔容变小，在湿度小于80%范围内，其吸湿性能明显增加。而在湿度为85% ~95%时，CaCl2改性硅胶和LiCl改性硅胶的平衡吸湿量略小于未改性硅胶的平衡吸湿量。
（2）浸渍共沉积法在陶瓷纤维上制备了不同金属离子(钴、铝、钛)掺杂硅胶吸附剂。研究结果显示：掺杂后的改性硅胶,其吸附性能、热稳定性明显增强，比表面积、孔径明显增大,前期吸附速率显著提高。其饱和吸附量及比表面积变化顺序为铝掺杂硅胶>钛掺杂硅胶>钴掺杂硅胶>硅胶。钛改性硅胶前期吸附速率快，吸附量大，它的饱和吸附量也大，而脱附性能劣于硅胶，表现在出口气流达到最大含湿量和脱附平衡的时间较长。由于钛改性硅胶吸附量大，在吸附／脱附过程中生成或消耗的热量大，因此，吸附时改性硅胶的出口气流温度略高于硅胶，而脱附时出口气流的温度略低于硅胶。
（3）新型铝改性硅胶吸附材料，使得新型吸附材料对水分子具有更强的作用，与硅胶比较，明显提高吸附材料的吸附性能，增幅达68.27%。同样Al3+改性可提高铝改性硅胶吸附材料的耐热性能，并可提高材料的耐破度和抗张强度，与硅胶相比，铝改性硅的耐破指数、裂断长分别提高了45.17%、74.27%。
（4）不同金属盐改性对硅胶的水蒸气吸附性能影响，结果显示，CaCl2，LiCl，MgCl2，ZnCl2改性硅胶，可以使硅胶的吸湿性能明显增加。其中用CaCl2改性的硅胶的吸湿量最大，其平衡吸湿量是未改性硅胶的3倍。浓度为1mol/L CaCl2溶液改性的C型硅胶其吸湿量增加比较明显。虽然其吸湿量与微孔A型硅胶相比，相差不大，但其有较高吸附速率，它的吸附平衡时间缩短到微孔硅胶的1/3。CaCl2、ZnCl2的混合溶液改性硅胶对吸湿量的提高没有明显效果。
研究发现在低湿度时孔内每个CaCl2分子可以分别结合0.33、1和2个水分子，形成结晶水合物；在高湿度下，氯化钙在孔内形成氯化钙溶液。复合吸附剂SiO2·xH2O·yCaCl2，明显提高对水蒸气平衡吸湿量，而且复合吸附剂中的CaCl2含量越高，平衡吸附量越高。当用不同的金属盐改性斜发沸石制备各种离子形式的吸附剂，发现吸湿量与离子半径有关。
研究表明，干燥剂吸附与空气湿度有关，当相对湿度为40％时，该复合转轮除湿能力几乎是原硅胶轮吸附性能的2倍。在相对湿度的增加，复合除湿轮除湿优势减弱。其原因为：不同吸附机制作用的综合作用。如果相对湿度太低，化学反应占主导地位的固体吸附。然而，在高相对湿度条件下，不仅有化学反应，也有固体吸附和毛细凝聚吸附现象的发生，因此该复合除湿轮除湿优势已没有那么明显。现有的这些硅胶改性方法不能制备得到具有除湿率高且干燥速度快、易再生的空气干燥剂。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有的硅胶和对改性硅胶吸附空气中水蒸汽时，存在在低湿条件下平衡吸湿量小，吸附速率慢，且难脱附再生利用的缺点。本发明提供一种改性硅胶空气干燥剂及其制备方法，通过该方法制备得到的改性硅胶空气干燥剂适用于普通室内，吸湿性能强，可有效去除空气中的水蒸汽对家庭生活无任何不良影响，且成本低。
2、技术方案
一种改性硅胶空气干燥剂的制备方法，其步骤为：
（A）取干燥后硅胶置于容器中，加入氯化铝溶液，并使得硅胶与氯化铝溶液充分振荡混合，水浴控制反应温度为20～40℃，得到粗制改性硅胶；
（B）将步骤（A）得到的粗制改性硅胶在烘箱中干燥，冷却到室温后，将粗制改性硅胶置于容器中，加入氯化锌溶液，并使得硅胶与氯化锌溶液充分振荡混合，水浴控制反应温度为20～70℃，冷却到室温后，取出干燥后得到改性硅胶空气干燥剂空气干燥剂。
上述的步骤（B）取出干燥后为直到改性硅胶质量不再减少而后得到改性硅胶空气干燥剂空气干燥剂。
步骤（A）中的氯化铝溶液浓度：0.1-3mol/L。步骤（B）中氯化锌溶液浓度：0.1-3mol/L。步骤（A）和（B）中硅胶或粗制改性硅胶的量没有特别的要求，只要使得硅胶或粗制改性硅胶能被氯化铝溶液或氯化锌溶液完全浸泡即可。
取改性硅胶空气干燥剂置于设定湿度的容器中，可以分析不同时间改性硅胶空气干燥剂的吸水率。取相同质量在相同条件下达到吸附平衡的未改性硅胶和改性硅胶，分别置于相同的干燥温度的烘箱中脱附再生，称重，分析其脱附效率。
3、有益效果
本发明提供了改性硅胶空气干燥剂及其制备方法，本发明经过氯化铝和氯化锌改性的硅胶空气干燥剂具有化学吸附和物理吸附，比未改性硅胶干燥剂的吸附性能（包括吸附速率和吸附容量）明显改善。在100%空气相对湿度的条件下，与未改性硅胶相对，改性硅胶空气干燥剂吸附容量提高了92%，在80%空气相对湿度条件下，其吸附容量提高83%，在60%空气相对湿度吸附容量提高70%。吸附速率有很大的提高，在100%空气相对湿度的条件下，改性硅胶复合干燥剂与未改性硅胶达到吸附平衡时间相差32小时以上。吸附平衡后的改性硅胶空气干燥剂与未改性硅胶相比，脱附再生时间短，脱附效率高。本发明改性硅胶空气干燥剂具有吸附容量大，吸附速率快，脱附再生容易等特点，所以具有极大的应用推广前景。
具体实施方式
实施例1
1、取干燥温度为110℃、干燥时间为1小时的10克硅胶置于玻璃器皿中，加入100毫升1mol/L的氯化铝溶液并置于环境温度为20℃的振荡器中振荡4小时，后取出该粗制改性硅胶，在烘箱中干燥1小时，冷却到室温后，取10克干燥后的粗制改性硅胶置于玻璃器皿中，加入100毫升2mol/L氯化锌溶液并置于环境温度为20℃的振荡器中振荡4小时，冷却到室温后，再放置干燥温度为110℃的烘箱中干燥1小时，冷却到室温后，得到改性硅胶空气干燥剂。
2、取5克的改性硅胶空气干燥剂置于相对湿度为100%的容器中，分析30小时后改性硅胶空气干燥剂的吸水率为92%。
3、分别取2克在相同条件下达到吸附平衡的未改性硅胶和改性硅胶空气干燥剂，置于干燥温度为110℃烘箱中2小时脱附再生，称重，未改性硅胶的脱附率为85%，而改性硅胶的脱附率为98%。
实施例2
1、取干燥温度为110℃、干燥时间为2小时的5克硅胶置于玻璃器皿中，加入100毫升0.1mol/L的氯化铝溶液并置于环境温度为40℃的振荡器中振荡3小时，后取出该粗制改性硅胶，在烘箱中干燥2小时，冷却到室温后，取5克干燥后的粗制改性硅胶置于玻璃器皿中，加入100毫升3mol/L氯化锌溶液并置于环境温度为30℃的振荡器中振荡3小时，冷却到室温后，放置干燥温度为110℃的烘箱中干燥2小时，冷却到室温后，得到改性硅胶空气干燥剂。
2、取10克的改性硅胶空气干燥剂置于相对湿度为80%的容器中，分析35小时后改性硅胶空气干燥剂的吸水率为85%。
3、分别取5克在相同条件下达到吸附平衡的未改性硅胶和改性硅胶空气干燥剂，置于干燥温度为110℃烘箱中3小时脱附再生，称重，未改性硅胶的脱附率为80%，而改性硅胶的脱附率为99%。
实施例3
1、取干燥温度为110℃、干燥时间为2.5小时的20克硅胶置于玻璃器皿中，加入100毫升3mol/L的氯化铝溶液并置于环境温度为40℃的振荡器中振荡2小时，后取出该粗制改性硅胶，在烘箱中干燥4小时，冷却到室温后，取20克干燥后的粗制改性硅胶置于玻璃器皿中，加入100毫升0.1mol/L氯化锌溶液并置于环境温度为70℃的振荡器中振荡2小时，冷却到室温后，放置干燥温度为110℃的烘箱中干燥2.5小时，冷却到室温后，得到改性硅胶空气干燥剂。
2、取8克的改性硅胶空气干燥剂置于相对湿度为60%的容器中，分析40小时后改性硅胶空气干燥剂的吸水率为78%。
3、分别取6克在相同条件下达到吸附平衡的未改性硅胶和改性硅胶，置于干燥温度为110℃烘箱中2小时脱附再生，称重，未改性硅胶的脱附率为77%，而改性硅胶的脱附率为97%。
Claims (5)
1.一种改性硅胶空气干燥剂的制备方法，其步骤为：
（A）取干燥后硅胶置于容器中，加入氯化铝溶液，并使得硅胶与氯化铝溶液充分振荡混合，得到粗制改性硅胶；
（B）将步骤（A）得到的粗制改性硅胶在烘箱中干燥，冷却到室温后，将粗制改性硅胶置于容器中，加入氯化锌，并使得硅胶与氯化锌溶液充分振荡混合，水浴控制反应温度为28～32℃，冷却到室温后，取出干燥后得到精制改性硅胶空气干燥剂。
2.根据权利要求1所述的改性硅胶空气干燥剂的制备方法，其特征在于步骤（B）取出干燥后为直到改性硅胶质量不再减少而后得到精制改性硅胶空气干燥剂。
3.根据权利要求2所述的改性硅胶空气干燥剂的制备方法，其特征在于步骤（A）中的氯化铝溶液浓度为0.1-3mol/L。
4.根据权利要求3所述的改性硅胶空气干燥剂的制备方法，其特征在于步骤（B）中氯化锌溶液浓度为0.1-3mol/L。
5.按照权利要求1～4中任一项所述的改性硅胶空气干燥剂的制备方法制备得到的改性硅胶空气干燥剂。
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