CN102316977A - 含Li交换沸石的吸附剂介质 - Google Patents

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Abstract

吸附剂介质组合物具有终介质锂交换沸石X(LiX)，其终Li含量为96％至83％，基于LiX中的总阳离子当量。由包含水、具有大于终介质LiX的Li含量的介质生产前Li含量的LiX前体和另一介质组分材料如纤维的浆料获得吸附剂介质组合物。用于制造该介质的水具有2.2微西门子/cm至150微西门子/cm的比电导。该终介质LiX具有0.05％至3％的一价阳离子(Na、K、Rb、Cs及其组合)，基于终介质LiX中的总的可交换阳离子当量。

Description

含Li交换沸石的吸附剂介质
发明领域
本公开涉及吸附体系。特别地，其是吸附体系中所用的吸附剂介质。
相关技术描述
吸附体系，如HVAC体系、液体和气体提纯、溶剂和汽油蒸气回收和脱臭、吸附制冷法、某些大批量(bulk)气体分离等有时使用吸附介质除去气相杂质或气体混合物中的较强吸附的主要组分。吸附法和吸附制冷法通常使用置于金属容器中的一些吸附剂介质，它们可以是自承载的或包含在金属网或表面上。吸附剂在吸附必需的条件范围内与含有可吸附组分的流体或气流接触。
循环吸附法常用于分离气体混合物的组分。通常，循环吸附法在一个或多个装填有微粒吸附剂材料的吸附剂容器中进行，所述微粒吸附剂材料对气体混合物的至少一种气体组分的吸附强于其对该混合物的至少一种其它组分的吸附。该吸附法包括反复进行一系列步骤，该序列的具体步骤取决于所进行的特定循环吸附法。
在任何循环吸附工艺中，吸附剂床具有有限的吸附指定气体组分的容量，因此该吸附剂需要定期再生以恢复其吸附容量。再生吸附剂用的程序随工艺而变。在VSA工艺中，通过在吸附容器中建立真空来至少部分再生吸附剂，由此使吸附的组分从吸附剂中解吸，而在PSA工艺中，在比用于吸附步骤的压力低的压力下再生吸附剂。在VSA和PSA工艺中，吸附步骤都在比解吸或再生压力高的压力下进行。
一些常规吸附介质由薄片或层，如纸、金属箔、聚合物膜等，和吸附剂材料，如硅胶、活性氧化铝、活性炭和分子筛如沸石构成。这些吸附剂片或层与常规珠粒、挤出物或颗粒相比相对较薄。由于较薄介质提供较短的从气相或液相进料到吸附位点的路径长度，经过这些吸附剂的传质比珠粒或颗粒中快。此外，大孔尺寸分布，特别是在湿法成网(wet-lay)的含吸附剂的纸中，可以大致为比典型吸附剂珠粒中更大的量级。这种较大的大孔尺寸也与珠粒或颗粒相比提高介质的传质。
含锂分子筛，如含Li沸石X(LiX)常用在空气分离法中，与氧气(O2)相比选择性吸附氮气(N2)。锂(Li)具有比其它更大的一价阳离子(例如Na、K、Cs等)或二价阳离子(例如Mg、Ca、Ba等)高的电荷密度。锂的较高电荷密度增强其与氮的四极矩-来自氮分子中的N原子之间的共价三键的相互作用。相应地，在使用例如LiX的空气分离法中，N2优先被LiX吸附并在吸附步骤过程中产生富O2产物流。
通常，分子筛(即沸石)含有质子或一价阳离子，如Na，二价阳离子，如Ca，或三价阳离子，如La，以为它们的骨架，如SiO2/Al2O3骨架提供电荷平衡。相应地，为改进沸石对更高极性或可极化化合物如N2的选择性，该沸石用Li盐(例如LiCl、LiNO3、LiOH等)水溶液进行离子交换(IEX)处理。
但是，如果在Li-交换沸石的后继加工中所用的水含有阳离子，如Na、Ca和Mg-常存在于许多供水中-这些阳离子优先置换沸石中的Li。这又造成沸石的Li含量降低并因此降低交换沸石例如与O2相比对N2的吸附选择性和容量。例如，在使用LiX由水性浆料混合物制造吸附剂介质，如含LiX的纸时，面临这种特定问题。
因此，沸石IEX领域技术人员相信，使用去离子(“DI”)或蒸馏水对避免由竞争阳离子，如Na、Ca和Mg引起的不利IEX作用而言是重要的(例如参见US 6461412)。根据American Chemical Society(“ACS”)Specifications(Reagent Chemicals，8thEd.1993)-化学试剂标准的主导权威-对DI和蒸馏水的要求是严格的。
具体而言，根据下列分析测量，DI或蒸馏水依据ACS Specifications的最大容许限为：
Figure BDA0000083576190000031
＊加入换算成增加的微西门子·em-1
但是，含沸石的吸附剂介质，例如，纸介质，如含锂沸石的纸的大规模生产常需要的去离子或蒸馏水的大量生产是麻烦和昂贵的。因此，需要改进的不严格要求使用DI或蒸馏水作为唯一水源的湿法成网含锂沸石的纸的方法和因此由其制成的改进的含沸石的吸附剂介质产品。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供吸附剂介质组合物，其包含：第一介质组分材料；第二介质组分材料，其具有至少30重量％的包含终介质锂交换沸石X(LiX)的吸附剂组合物，该终介质LiX具有终Li含量，其中该终介质LiX源自具有介质生产前Li含量的LiX前体；其中
(a)终介质LiX的Li含量与LiX前体的Li含量相比降低，
(b)终介质LiX的Li含量为96％至83％，基于LiX中的总阳离子当量，和
(c)由包含水、介质生产前的LiX和第一介质组分材料的浆料混合物获得所述吸附剂介质组合物，其中
(i)水具有2.2微西门子/cm至150微西门子/cm的比电导；和
(ii)终介质LiX具有0.05％至3％的一价阳离子含量，基于终介质LiX中的总的可交换阳离子当量，其中一价阳离子选自Na、K、Rb、Cs及其组合。
发明详述
如上所述，此前本领域技术人员相信，工艺水中存在的一价和二价阳离子会置换含Li沸石中的Li并由此降低沸石例如与O2相比对N2的吸附选择性和容量。如下列实施例中更充分论述，令人惊讶地和意外地，申请人已经发现，在用于制造吸附剂介质，例如含LiX的纸介质的工艺水中可存在一定浓度的一价和二价阳离子而不会实质降低吸附剂介质的吸附选择性和容量。该工艺中可存在的一价阳离子是选自Na、K、Rb、Cs及其组合的第1(以前的IA)族碱金属。该工艺中可存在的二价阳离子是选自Mg、Ca、Sr、Ba及其组合的第2(以前的IIA)族碱土金属。
相应地，如下文更充分论述，具有一种或多种上述阳离子和在2.2微西门子·cm-1(μS/cm)至高达150μS/cm范围内的比电导(“SC”)的非DI水(“NDISC水”)可用在湿法成网例如含Li沸石的纸的方法中。此外，由使用NDISC水的方法制成的吸附剂介质可具有0.01％至3％的某些一价阳离子和按离子交换当量为0.01％至15％的某些二价阳离子，同时使吸附剂介质的吸附选择性和容量保持在可接受的性能限内。
纸介质概述
吸附剂介质的一个实例是纸介质(例如纸页或纸层)，或更具体地，含Li-X的纸介质。在制造纸介质后，其可成形为一系列不同物体。一种实例是含有交错隔片以利于纸介质相邻层之间的气流的螺旋盘绕元件(例如参见US 6,176,897)。第二实例是具有平坦和波纹吸附剂纸的交替层以提供与旋转轴平行的允许气流通过的开口通道的多层介质轮或整料(例如参见US 5,685,897和US 6,231,644)。第三实例是将纸介质成形成不规则或规则的蜂窝型结构，其允许气流通过形成蜂窝结构的室(例如参见US4,012,206)。可以将吸附剂介质成形成本领域技术人员显而易见的其它形式和形状。
同样地，可以使用本领域技术人员显而易见的各种方法制造吸附剂介质。造纸技术常用于制造含沸石的纸。因此，现在仅为非限制性的示例性目的描述制造纸介质，如LiX纸介质的方法。
通常，由天然或合成纤维材料制备纸介质。这种纤维材料可以与吸附剂结合并湿法成网成连续纸页或手工纸。通过形成纤维、吸附剂和通常一种或多种粘合剂组分在水中的浆料来实现这种湿法成网。以及在使用NDISC水的本发明的方法的情况中。随后将这种浆料转移到例如手工纸模具、实验室造纸机或连续网造纸机的机头箱中以便排出或成网到长网或双网造纸机上。根据预期用途，该吸附剂包含单独或可能与硅胶或氧化铝组合的沸石。这种材料中也可以包括其它添加剂以增强纸介质。
更具体地，首先在混合容器(通常软钢、不锈钢罐或聚合物衬里容器)中使用NDISC水、纤维和至少前体沸石粉末(例如LiX粉末)和任选粘合剂材料形成浆料。使用NDISC水会使终纸介质中LiX的Li含量与(在纸介质生产工艺开始前的)前体LiX中的Li含量相比的降低保持在0.01％至15％的范围内。仍如上所述，尽管一些Li阳离子可分别被一定百分比的一价和二价阳离子置换，NDISC水将保持终纸介质的沸石(例如LiX)中的充足Li含量以使其吸附选择性和容量(例如与O2相比对N2的吸附选择性和容量)仍可接受。
浆料一般构成
通常，通过将合成或天然纤维分散在NDISC水中，制造浆料。随后向该浆料中加入少量LiOH以产生1x10-2M的浓度以防止脱除阳离子或沸石中的Li阳离子不合意地被质子替换。随后将包括至少沸石的吸附剂材料以粉末形式或通过与水混合来添加到该纤维稀氢氧化锂浆料中。在后继阶段中，也可以向该浆料混合物中加入任选粘合剂、助留和/或填孔剂。
纤维
关于用于制造吸附剂介质，特别是纸介质的纤维材料，可以使用任何类型的纤维材料，其可为纤丝化，此后通过标准造纸工艺制成吸附剂纸。本文所用的纤丝化纤维是指在它们的末端分裂形成纤丝，即比纤维杆细得多的细纤维或长丝的纤维杆。纤丝化纤维的实例包括天然纤维，如木浆或纤维素纤维，和合成纤维及其混合物。
纤丝化和非纤丝化合成有机纤维的实例包括选自如下的聚合物纤维：高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、芳族聚酰胺(aramids)、聚苯乙烯、脂族聚酰胺、聚氯乙烯、聚酯、尼龙、人造纤维(乙酸纤维素)、丙烯酸类、丙烯腈均聚物、含卤化单体的共聚物、苯乙烯共聚物，和聚合物混合物(聚丙烯与低密度聚乙烯，和高密度聚乙烯与聚苯乙烯)。
常用于制造纸介质的纤丝化和非纤丝化合成纤维包括芳族聚酰胺和丙烯酸纤维。一种类型的芳族聚酰胺纤维由具有至少85％直接连接到两个芳环上的酰胺(-CO-NH-)连接基的长链合成芳族聚酰胺形成。可获自E.I.duPont de Nemours & Company(DuPont)的芳族聚酰胺纤维的一个实例是
Figure BDA0000083576190000061
303。在形成纤丝化
Figure BDA0000083576190000062
时，对
Figure BDA0000083576190000063
纤维杆施加高剪切，它们在它们的末端分裂成纤丝以产生树状结构。在纸介质的制造中，纤丝互锁以增强纸强度和提供提高的捕集或固定吸附剂粒子用的面积。
Figure BDA0000083576190000064
在氧化气氛中在最多450℃下稳定。其它高温芳族聚酰胺纤维，如
Figure BDA0000083576190000065
和
Figure BDA0000083576190000066
可获自Du Pont，AKZOFibers Inc.和Teijin Twaron。
丙烯酸纤维，如来自Sterling Fibers的
Figure BDA0000083576190000067
纤丝化纤维也可以单独或与芳族聚酰胺纤维组合使用。
非纤丝化无机纤维，如玻璃或金属纤维和岩棉等可以与纤丝化有机纤维组合使用。可以调节纤丝化和非纤丝化纤维的量以适应特定需要，包括使用最多100％纤丝化纤维。
如果纤维不能以纤丝化形式获得，可以通过将纤维浆转移到盘磨机或其它高剪切磨机中以分裂短纤维或杆的末端以在其上提供纤丝来将纤维纤丝化。此外，可获自制造商的纤丝化杆可进一步细化以提高该杆上的纤丝化程度，这导致更高的互锁程度和因此更强的纸介质。
通常，杆或短纤维在纤丝化前以1至30毫米，通常3至15毫米的长度提供。此外，杆或短纤维通常在纤丝化前具有1至50微米和通常5至25微米的直径。在纤丝化形式中，短纤维具有由其伸长的通常具有0.5至28毫米长度和0.5至40微米直径，更通常1至10毫米长度和1至10微米直径的纤丝。
沸石
分子筛包括沸石分子筛。沸石是微孔的并具有由共角AlO2和SiO2四面体形成的三维氧化物骨架的结晶硅铝酸盐组合物。在该介质中可以使用天然形成和合成的沸石。但是，如果使用吸附剂介质从N2/O2气体混合物中选择性分离N2，则至少其中Si/Al比为1.0至1.5的含Li沸石X，LiX是合意的。但是，根据预期组分分离，其它沸石或吸附剂材料，包括，但不限于，氧化铝、硅胶或活性炭可以与沸石组合，无论是LiX还是另一沸石。
其它沸石的非限制性实例是沸石Y、A和beta。八面沸石型Y沸石包括DDZ-70、Y-54、Y-74、Y-84、Y-85、蒸汽煅烧的稀土交换Y-54、低铈稀土交换Y-84、低铈稀土交换沸石LZ-210。
任选粘合剂&助留剂
可以向该浆料中加入添加剂，如适合保持纸介质的完整性的助留剂和粘合剂以通过将纤维杆和纤丝粘合在一起形成基质来改进纸介质强度和使吸附剂留在纤维杆和纤丝基质上或内。被认为适合与丙烯酸纤维一起使用的粘合剂包括丙烯酸胶乳、淀粉、聚乙烯醇/乙酸酯、微晶纤维素，例如羧甲基纤维素。
浆料固含量、湿法成网、浆料沥水&纸成形
用于湿法成网的最终浆料可含有0.5至20％固体，但优选含有2.5至4％固体。可通过在实验室手工纸装置中制造手工纸或使用长网造纸机或其它类型的造纸机形成纸介质。
手工纸模具由敞口容器构成，该敞口容器在其底部带有正方形的12×12英寸的丝网，在此形成纸页。该容器用铰链正好连接在丝网上方以便可从丝网上剥离纸。在该丝网下方是导向竖管和阀的漏斗。当阀打开时，充满水的竖管排空，在丝网上方纸浆上形成真空。这导致纸浆混合物沉积在丝网上，从而形成纸。在将其从丝网上剥离前，通常用吸水纸轻压该湿纸以除去额外水分。随后将其取下并在热金属表面，例如照相印刷干燥器上干燥。
或者，可以用半自动造纸机，如可获自Techpap的Retention Tester制造实验室手工纸。在Retention Tester上制成的手工纸是圆形的，直径7英寸。
长网造纸机采用与手工纸装置相同的原理，但通过提供移动丝网(网带)来连续造纸，其经过真空段以从该浆料和相应形成的纸中除去大部分水。在从丝网上剥离纸前，其通常行经湿压机段，在此可以使用多孔辊从纸中挤出额外水分。由于丝网连续移动，其可造成纤维取向，这在纸机纵向中产生比横向中更高的拉伸强度。纸随后通往一系列大直径蒸汽加热金属滚筒(被称作烘缸体)，它们将纸干燥。纸可随后任选在两个或更多个钢辊之间砑光或在高压下压制以降低厚度(caliper)和提高纸密度。离开砑光辊或加热烘缸体的纸随后卷绕在轴上。
调节常被描述为配料(即批料混合物)的浆料混合物的粘度以提供可接受地快的沥水速率和在丝网上的高留着(通常＞80％)。通常在该方法的不同部分添加批料添加剂，如粘合剂和絮凝剂。尽管可以使用5至15％丙烯酸乳状液作为粘合剂，但也可以使用其它粘合剂，尤其例如淀粉、聚乙烯醇/乙酸酯(PVA)，如上文提到的那些。此外，在配料中的吸附剂是锂交换沸石(例如LiX)的情况下，为有助于降低Li被更强选择性的一价阳离子置换的程度，工艺水中存在的一价阳离子总摩尔数的5至50倍以LiOH添加到水中。Li优选以LiOH形式添加。但是，根据其它工艺或配制条件可以与LiOH一起使用其它形式的Li盐，例如，但不限于，LiCl、LiBr、LiSO4、LiNO3或乙酸Li，只要LiOH以足以调节pH在9至10之间的量添加到水中以防止沸石脱除阳离子。
通常将该纸介质制成相对较薄的多孔层。因此，拉伸强度是该纸介质的重要性质，特别是在将该纸介质成型成波纹形时。通常需要3至4磅/英寸(525至700N/m)宽度的最小拉伸强度，优选需要大于7磅/英寸(1225N/m)以改进该纸介质对大多数波纹成形工艺的应力的抵抗力。
通常，吸附剂介质具有基本均匀的厚度并为0.1毫米之1.0毫米(0.004至0.04英寸)厚。因此，该介质为吸附剂珠粒或颗粒厚度的一半(1/2)至二十分之一(1/20)。因此，介质提供较短扩散路径，这实现相对较快的进出介质的传质速率。
介质包含至少30(重量)％吸附剂。但是，实际吸附剂含量取决于介质厚度。例如，如果该介质的最终厚度或caliper为至少0.375mm(0.15英寸)厚，吸附剂含量可高达75-80(重量)％。优选地，介质不超过1.0毫米(0.04英寸)厚并含有多于60(重量)％吸附剂。吸附剂含量优选为60至85(重量)％。
此外，吸附剂介质的密度基本均匀。吸附剂介质，如纸介质的密度和均匀性例如取决于，但不限于，配料组成、湿法成网条件和砑光条件。优选地，吸附剂介质的密度为0.5至1.1克/立方厘米。
使用吸附剂介质的吸附法
本发明的吸附剂介质有利地用在吸附法中，其中将比气体混合物的其它组分更强吸附的该气体混合物的一个组分与所述其它组分分离，这通过使该气体混合物与吸附剂介质在实现强吸附组分的吸附的条件下接触而进行。优选吸附法包括变压吸附(PSA)、真空变压吸附(VSA)、变温吸附(TSA)及其组合。
进行吸附法的吸附步骤的温度取决于许多因素，如分离的特定气体、所用特定吸附剂和进行吸附的压力。通常，该方法的吸附步骤在至少-190℃，优选至少-20℃，最优选至少0℃的温度下进行。进行该方法的吸附步骤的温度上限通常为400℃，且吸附步骤优选在不大于70℃的温度下进行，最优选在不大于50℃的温度下进行。
本发明的方法的吸附步骤可以在气相变温吸附和变压吸附法领域技术人员已知的压力下进行。通常，进行吸附步骤的最小绝对压力通常为0.7bara(巴绝对压力)，优选0.8bara，最优选0.9bara。该吸附可以在高达50bara或更大的压力下进行，但优选在优选不大于20bara，最优选不大于10巴的绝对压力下进行。
当吸附法是PSA时，再生步骤过程中的压力降至通常0.1至5bara的绝对压力，优选降至0.175至2bara的绝对压力，最优选降至0.2至1.1bara的绝对压力。
如上所述，本发明的方法可用于分离任何两种气体，只要在平衡或非平衡条件下，即在方法的动力学状况下，本发明的吸附剂对气体之一的吸附强于另一气体。该方法特别适用于将氮气与氧气分离，将氮气和氩气与氧气分离，将二氧化碳与空气分离、将一氧化二氮与空气分离和用于分离烃，例如将链烯，如乙烯、丙烯等与链烷，如乙烷、丙烷等分离，和将直链烃与支化烃分离，例如将正丁烷与异丁烷分离。
实施例
联系下列实施例更详细描述本发明，它们举例说明或模拟本发明的实践中涉及的各种方面。落在本发明精神内的所有变化落在要求保护的发明范围内。相应地，这些实施例不是为了限制而仅是不加限制的举例说明要求保护的本发明的某些实施方案。
实施例1-吸附剂纸介质制造
通过将4.76毫升1.5M LiOH添加到至具有测得和/或调节的比电导(有时也称作电导率)的3升水中，制造吸附剂纸介质样品。使用配有
Figure BDA0000083576190000101
740电导率探针的Mettler Toledo SevenMultiTM计测量比电导。通过将自来水(电导率280μS.cm-1，8ppm Na+、1.3ppm K+、13ppm Mg2+、37ppmCa2+)与来自U.S.Filter Service Deionization，混合床类型I的去离子水(电导率0.4μS.cm-1，0.2ppm Na+、0.1ppm K+、0.01ppm Mg2+和Ca2+)混合，制备所述3升水。
根据下列程序，将总共4.8克固体以表1中所示的量添加到LiOH-水中。
将芳族聚酰胺纤维(来自Teijin的
Figure BDA0000083576190000111
Aramid 1094)、任选第二纤维(选自来自Teijin的
Figure BDA0000083576190000112
Aramid 1099、来自Teijin的
Figure BDA0000083576190000113
Jet-Spun Fibrids、来自Engineered Fibers Technologies的
Figure BDA0000083576190000114
HSPulp和来自Sterling Fibers的
Figure BDA0000083576190000115
114-3)和LiX沸石粉末(UOP分子筛；1.0-1.05Si/Al比)添加到LiOH-水中。将该混合物置于高剪切掺合机中并掺合1分钟。随后将该浆料与另外1升具有测得和/或调节的电导率的水一起转移到实验室造纸机的进料槽中。在搅拌该浆料(440rpm)的同时，以总固体重量的3％添加胶态二氧化硅(Sigma-Aldrich的
Figure BDA0000083576190000116
SM-30和AS-40)。在再搅拌1分钟后，逐滴添加絮凝剂(来自Ciba SpecialtyChemicals Corporation的
Figure BDA0000083576190000117
175和292)直至达到完全絮凝。将所得配料再均化1分钟，随后经过造纸机以形成纸页。随后将该纸页在辊压机中脱水并在纸页干燥器中在80-140℃下放置15至20分钟。
表1
Figure BDA0000083576190000118
对一些样品而言，改变上述程序中的若干参数。样品19非常类似于样品18，但在这种情况下仅添加1升水且不在该水中添加LiOH。样品21类似于样品22，不同的是将LiCl添加到用电导率288μS/cm的市政自来水制成的浆料中，而样品17也类似于样品22，不同在于使用0.42μS/cm电导率的去离子水代替自来水和在已将沸石添加到浆料中后添加LiOH。
实施例2-吸附容量
在重量天平(VTI MB-300GHP)中测试吸附容量。将如上制成的纸样品切成窄条(0.5cm×4cm)。辊压3至4个窄条并加载到样品容纳篮中。自动化程序随后进行几个步骤：1)抽空至低于1托的压力，2)以5°.min-1的速率加热至设定温度，3)在氦气中冷却至20℃试验温度，4)抽空至低于1托的压力。此时收集氦气、氧气和氮气的等温线，通过上述步骤1)至4)相互分离。通过在目标压力下连续引入所研究的被吸附物气体，测量等温线。监测重量变化直至符合平衡标准-两个连续测量的变化低于0.0010重量％。一旦符合该标准，记录数据，该程序进行至下一压力点。在1至4000托下进行吸附，随后收集解吸点。从氦气等温线中收集的数据用于浮力校正，这在高压下是重要的。
一些样品在上述步骤2)的不同设定温度-140至350℃下活化。此外，一些样品在空气填充炉中离位加热至350℃，接着置于重量平衡化平衡中并在此再活化。
下表2中的最大N2(Max N2)和最大O2(Max O2)值分别是在4000托下吸附的N2和O2的重量％。Max N2和Max O2之差为ΔMax。ΔMax是在空气分离法中的性能的衡量标准，因为其表达N2吸附相对于O2的优先性。换言之，样品的较高ΔMax值表明其较好的分离性质。
表2
Figure BDA0000083576190000131
表2的第3-7列描述在介质制造前和在制成纸介质后沸石材料中的特定离子量。阳离子量以沸石中的总阳离子交换当量(其基本等于无缺陷沸石中的铝摩尔数)的分数或比率给出。可归因于各相关离子的总阳离子当量的百分比因此是来自该表的阳离子当量比率乘以100。
第3列(Li:Al沸石粉末)以起始LiX沸石粉末中的总阳离子当量的比率列出锂含量，其为0.98或就表2中概述的各实验的交换当量百分比而言是98％。
第4至6列(分别为Li:Al介质，Na:Al介质，Ca x 2:Al介质)列出该纸介质中所含的LiX沸石中的各阳离子的总阳离子当量比。例如，样品1，其组成描述在该表的第1行中，含有0.958的Li∶Al比、0.008的Na∶Al比、0.033的Ca x 2∶Al比(其中Ca乘以2以算上其二价电荷，因此每摩尔Ca2+为2当量阳离子电荷)。就阳离子当量的百分比而言，这三种阳离子的比率因此是Li+、Na+和Ca2+分别为95.8％、0.8％和3.3％。
第7列(Li-Na-Ca x 2阳离子平衡介质)以沸石总阳离子交换当量的比率形式给出总阳离子组成或阳离子平衡。这一数值应接近1.00，在1.00的±10％内的量被认为在实验误差内平衡。比1.00低多于10％的阳离子平衡比率是至少略微脱除阳离子的，或具有平衡该沸石中的一些电荷的质子(H+)。比1.00高多于10％的阳离子平衡比率通常含有略微过量的Ca2+，其在这种情况下作为CaOH+阳离子存在，由此仅平衡每CaOH+阳离子一个阳离子交换当量而非预期的每Ca2+两个阳离子当量。
终介质LiX具有0.05％至3％的一价阳离子，基于终介质LiX中的总的可交换阳离子当量，其中一价阳离子选自Na、K、Rb、Cs及其组合。
终介质LiX具有0.05％至15％的二价阳离子含量，基于终介质LiX中的总阳离子当量，其中二价阳离子选自Ca、Mg、Sr、Ba及其组合。
各样品的数据在左列中已标准化以提供标准化至各纸介质中的LiX沸石的重量％的ΔMax值，也标作ΔMaxnorm。样品1-16具有≥4的标准化ΔMaxnorm值，这表明良好吸附性能。
相反，样品17-22表现出相对较差的吸附性能。如表1中所示，样品17-22与样品1至16相比具有更高Na、更高Ca和/或更低Li-Na-Ca/2阳离子平衡。例如，样品17具有最高Li∶Al比和最高Li-Na-Ca/2阳离子平衡。但是，Na:Al也极高，造成较差的吸附性能。
因此，令人惊讶地和意外地，在该实验研究中，Na:Al对ΔMaxnorm的有害作用比Ca x 2∶Al的有害作用高6-7倍。因此，申请人已经发现，包含锂交换沸石的吸附剂介质的分离性能(例如如该研究中那样，包含LiX的纸介质)更耐受Li置换的有害作用，其中Li被二价第2族阳离子而非另一一价第1族阳离子置换。
尽管已相对于示例性实施方案描述该介质，但其不限于此。相反，所附权利要求应广义解释以包括本领域技术人员在不背离等同物范围的情况下可做出的其它变动和实施方案。本发明旨在涵盖本文中论述的任何修改或变化。

Claims (11)

1.吸附剂介质组合物，其包含：
第一介质组分材料；
第二介质组分材料，其具有至少30重量％的包含终介质锂交换沸石X(LiX)的吸附剂组合物，该终介质LiX具有终Li含量，其中该终介质LiX源自具有介质生产前Li含量的LiX前体；其中
(a)终介质LiX的Li含量与LiX前体的Li含量相比降低，
(b)终介质LiX的Li含量为96％至83％，基于LiX中的总阳离子当量，和
(c)由包含水、介质生产前的LiX和第一介质组分材料的浆料混合物获得所述吸附剂介质组合物，其中
(i)水具有2.2微西门子/cm至150微西门子/cm的比电导；和
(ii)终介质LiX具有0.05％至3％的一价阳离子含量，基于终介质LiX中的总的可交换阳离子当量，其中一价阳离子选自Na、K、Rb、Cs及其组合。
2.权利要求1的介质，其中终介质LiX具有0.05％至15％的二价阳离子含量，基于终介质LiX中的总阳离子当量，其中二价阳离子选自Ca、Mg、Sr、Ba及其组合。
3.权利要求1的介质，其中用于制造所述浆料混合物的水分别具有一价阳离子浓度和二价阳离子浓度，其中水中的一价阳离子总摩尔数小于或等于原始沸石中的总锂当量的3％，且水中的二价阳离子总摩尔数小于或等于所述沸石中的总锂当量的15％，以使终介质LiX具有0.05％至3％的一价阳离子含量，基于终介质LiX中的总的可交换阳离子百分数。
4.权利要求1的介质，其中所述第一介质组分材料选自聚合物纤维、无机纤维、天然纤维、碳纤维及其混合物。
5.权利要求1的介质，其中所述沸石X具有1.0至1.5的Si/Al比。
6.权利要求1的介质，包含至少60重量％的吸附剂。
7.权利要求1的介质，具有0.10毫米至1.00毫米的基本均匀厚度。
8.权利要求4的介质，其中所述聚合物纤维是对芳族聚酰胺。
9.权利要求4的介质，其中所述浆料混合物进一步包含有机胶乳和无机氧化物粘合剂。
10.分离具有至少第一气体组分和第二气体组分的气体混合物的方法，该方法包括：
将该气体混合物引入至少具有权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9的吸附剂介质组合物的吸附区，和
回收富集所述至少第一气体组分的气体产物流，所述至少第一气体组分不如所述至少第二气体组分优先被终介质LiX吸附。
11.权利要求10的方法，其中所述气体混合物是空气，且所述至少第一气体组分是氧气，所述至少第二气体组分是氮气。
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