CN103406003B - 一种高效吸湿活性炭纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高效吸湿活性炭纤维复合材料及其制备方法。该复合材料以活性炭纤维为载体，以浸渍法复合金属盐吸湿剂及分散剂，所制备的复合吸湿活性炭纤维快速吸附空气中的气态水，其饱和吸附量可以达到活性炭纤维材料自重的500％。用于空调设备及密闭空间室内除湿、吸附制冷领域。

Description

一种高效吸湿活性炭纤维复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高效吸湿材料及其制备方法，用于空调设备及密闭空间室内除湿、吸附制冷领域。

背景技术

在闷热的夏天，有时除湿比降温更加有效，但压缩机制冷除湿需要消耗大量的能源。在坑道、矿山避难仓等密闭空间，人员呼吸及皮肤蒸发会产生大量水气，空气除湿是提高人员生存质量的重要措施。无耗能的高效吸湿材料是必不可少的。在当今能源短缺、环境污染日益严重的情况下，吸附除湿系统具有无污染、可再生、可利用绿色能源等独特的优点。吸附除湿系统是利用吸湿剂吸收和解吸空气中的水分的过程，其核心是吸湿剂。因此，开发用于除湿系统的高效吸湿剂有十分重要的意义。

目前，用于除湿系统的吸湿剂，主要有氯化锂、氯化钙、硅胶、氧化铝、分子筛、活性炭等。除湿系统进行除湿、加湿的过程中，更重要的是应对水具有强的吸附能力并方便再生，现有吸湿剂均存在吸水速度慢或吸湿能力低等问题。硅胶系列和氧化铝系列吸附水气的效率低，容量小，易破裂等缺点。其中吸湿速度最快的是氯化锂、氯化钙等金属盐类，但氯化锂、氯化钙虽然吸湿快，却存在腐蚀性高、易潮解的问题。通常在吸收自重90％左右的水气后即溶解为液态的浓溶液。虽然此浓溶液还有吸水能力，但已不方便使用和再生。活性炭虽然具有很高的比表面积和孔隙率，但它对气态水的吸附等温线是S型的，即低水气分压下吸附量很小。吸附的速率也比较低。

许多人都在研究复合吸湿材料，如在无机多孔材料上负载聚苯乙烯磺酸钠或由羟基丁二酸交联的聚乙烯醇；申请号：93111754.2，以γ-Al₂O₃球为骨架，浸渍由氯化钴、硫代氰酸钾配成的水溶液，可以通过变色指示吸湿剂失效；申请号：201110165375.X，将吸湿剂MgSO4·nH2O(0≤n≤3)表示的硫酸镁吸湿剂分散到热塑性树脂中；能够使平衡湿度保持一定给定的值；申请号：200810199158.0公开了一种具有壳-核结构的高选择性吸湿剂及其制备方法；该吸湿剂是以表面含羟基的无机多孔材料为内核、亲水性聚合物超薄膜为外壳的有机-无机复合吸附剂；申请号：201010245238.2公开了一种一种除湿、除异味的干燥剂及其制备方法，是一种：超高分子量聚乙烯40％～75％；吸水剂20％～55％；活性炭5％～40％的粉末混合物，通过烧结工艺使粉末载体成块。由于载体材料的水容量有限，这些复合吸湿剂的吸湿量一般在60-80％，不超过100％。许多改性淀粉聚合物类吸水剂，如婴儿尿裤中使用的材料，其吸收液态水量可以达到自重的几百倍，但在空气中几乎不能吸附气态水，也不能吸附浓的盐溶液。

发明内容

本发明的目的是解决空调设备及密闭空间室内除湿等问题，提供一种高效吸湿活性炭纤维复合材料及其制备方法。

本发明的高效吸湿活性炭纤维复合材料质量百分组成如下：

活性炭纤维制品 30％～80％

金属盐吸湿剂 20％～70％

分散剂 0.2％～5％

以上各组分之和为100％；活性炭纤维制品为活性炭纤维布、活性炭纤维毡或活性炭纤维制成的成形体，活性炭纤维制品的BET比表面积为1000～2000m²/g，中孔容积为0.2～0.5cm³/g；余属盐吸湿剂为Mgso₄、CaCl₂、LiCl、LiBr中一种以上；分散剂为阴离子表面活性剂、阳离于表面活性剂或非离子表面活性剂。

本发明的复合材料制备方法如下：

a)将活性炭纤维制品烘干待用；烘干温度120～150℃，烘干时间1～3小时；

b)将金属盐吸湿剂、分散剂按质量百分比10％～40％∶0.2％～3％配比制成水溶液待用；

c)取1份烘干的活性炭纤维制品，浸渍于10份配好的吸湿剂溶液中，放置2～12小时，取出压干剩余的溶液；

d)将浸渍好的活性炭纤维制品放到烘箱中烘干，烘干温度120～150℃，烘干时间2～4小时，得到高效吸湿活性炭纤维复合材料成品；

e)将烘干的活性炭纤维复合材料快速密封包装，避免吸入空气中的湿气。

本发明的高效吸湿活性炭纤维复合材料饱和吸湿容量为活性炭纤维材料自身重量的500％。

本发明的高效吸湿活性炭纤维复合材料吸湿饱和后通过烘干、晾干或晒干方式去除所吸收的水分，恢复原始吸湿性能。

本发明的复合材料以活性炭纤维为载体，以浸渍法复合金属盐吸湿剂及分散剂，所制备的复合吸湿活性炭纤维快速吸附空气中的气态水，其饱和吸附量达到活性炭纤维材料自重的500％。

本发明的有益效果：一些金属盐类吸附剂氯化锂、无水氯化钙等在空气中具有很强的吸湿性能，但吸收一定量(不超过自重的100％)气态水后自身即溶解液化，液化后仍有吸湿作用，但已不便使用和再生。该活性炭纤维具有很高的比表面积和发达的孔隙结构，在潮湿的空气中可以吸收自重50％左右的水气，对液态的水可以吸收自重的500％而不会有液体流出。将金属盐吸湿剂通过浸渍法负载到活性炭纤维上，既可发挥各自的优势，金属盐吸湿剂的存在可大大提高吸湿效率和饱和吸湿量。液化的金属盐溶液被吸附在活性炭纤维的孔隙中不会流出。如果只浸渍金属盐在活性炭纤维上，当吸附一定的水气后，溶解液化的金属盐浓溶液由于化学势很高，表面张力非常大，会在活性炭纤维表面形成小液滴。为解决这个问题，我们在金属盐浸渍液里添加了少量表面活性剂作分散剂，可降低浓溶液的表面张力，使活性炭纤维复合吸湿剂在吸湿过程中不再有小液滴析出。

附图说明

图1复合材料吸湿量与时间关系曲线

纵坐标：吸湿量(％)，横坐标：时间(天)；

系列1：活性炭纤维复合吸湿剂，系列2：氯化钙颗粒。

图2复合材料湿度随时间变化曲线

纵坐标：相对湿度，横坐标：时间(天)；

系列1：活性炭纤维复合吸湿剂，系列2：氯化钙颗粒。

具体实施方式

实例1

称取BET比表面积为1500m²/g的活性炭纤维毡100g，置于120℃的烘箱中烘2小时，取出晾至室温备用。称取80gLiBr和1g十二烷基磺酸钠溶于800ml水中，将烘干的活性炭纤维毡在配好的LiBr和十二烷基磺酸钠水溶液中浸渍4小时，取出压干表面的液体，置于120℃烘箱中烘干2小时，取出快速密封包装。

实例2

称取BET比表面积为1200m²/g的活性炭纤维布200g，置于150℃的烘箱中烘2小时，取出晾至室温备用。称取180g无水氯化钙和3g苯扎氯胺溶于150ml水中，将烘干的活性炭纤维毡在配好的氯化钙和苯扎氯胺水溶液中浸渍2小时，取出压干表面的液体，置于120℃烘箱中烘干1.5小时，取出快速密封包装。

实例3

取直径300mm玻璃干燥器2套，每个下方倒入500ml纯净水，放置4小时待干燥器中湿度达到饱和，称取实施例2中所制备的复合活性炭纤维毡2g，置于称量杯中，置于一个干燥器中的悬空支架上，另一个干燥器中放置盛有2g无水氯化钙颗粒的培养皿，同时将电子温湿度计放在每个干燥器中，每天监测干燥器中的湿度并称量活性炭纤维复合吸湿剂及无水氯化钙颗粒的重量，计算所吸收水的重量占吸湿剂重量的百分比。测试结果如图1和图2所示。图1是两种吸湿材料的吸湿量随时间的变化曲线，图2是两种吸湿剂的除湿效果。从图中可以看出活性炭纤维复合吸湿剂的吸湿效率和效果明显高于无水氯化钙颗粒，在试验过程中无水氯化钙颗粒在吸湿量达到100％时即溶解液化，其后分散在培养皿中的氯化钙溶液还在继续吸湿，但吸湿效率明显下降，干燥器中的空气湿度逐渐升高，直到90％以上才达到平衡，其饱和吸湿量为500％，但液化后吸湿效率很低，已没有使用价值，故通常无水氯化钙的有效吸湿量不超过100％。而活性炭纤维复合吸湿剂由于活性炭纤维的超高比表面积和发达的微孔结构，使得复合吸湿剂的吸湿效率很高，干燥器中空气的相对湿度基本能够保持在65％。其饱和吸湿量达到600％，且在吸湿量小于500％时，活性炭纤维表面不会有液体析出。

Claims (3)

1.一种高效吸湿活性炭纤维复合材料，其特征是该复合材料质量百分组成如下：

活性炭纤维制品 30％～80％

金属盐吸湿剂 20％～70％

分散剂 0.2％～5％

以上各组分之和为100％；活性炭纤维制品为活性炭纤维布、活性炭纤维毡或活性炭纤维制成的成形体，活性炭纤维制品的BET比表面积为1500～2000m²/g，中孔容积为0.2～0.5cm³/g；金属盐吸湿剂为MgSO₄、LiCl、LiBr中一种以上；分散剂为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂或非离子表面活性剂。

2.根据权利要求1所述的高效吸湿活性炭纤维复合材料，其特征是该复合材料制备方法如下：

a)将金属盐吸湿剂、分散剂按质量百分比10％～40％∶0.2％～3％配比制成水溶液待用；

b)取一份烘干的活性炭纤维制品，浸渍于10份配好的吸湿剂溶液中，放置2小时，取出压干剩余的溶液；

c)将浸渍好的活性炭纤维制品放到烘箱中烘干，烘干温度150℃，烘干时间2～4小时，得到高效吸湿活性炭纤维复合材料成品。

3.根据权利要求1所述的高效吸湿活性炭纤维复合材料，其特征是该高效吸湿活性炭纤维复合材料饱和吸湿容量为活性炭纤维材料自身重量的500％。