CN103877930A - 一种波纹板状吸附材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波纹板状吸附材料及其制备方法，包括多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构，所述波纹状吸附板与平板状吸附板之间形成多个单向气体流通通道。所述波纹状吸附板与平板状吸附板的上下表面均涂覆有厚度小于等于200微米的分子筛吸附材料。所述波纹状吸附板与平板状吸附板的厚度均不大于0.5mm。本发明提供的波纹板状吸附材料与颗粒状及纤维状吸附材料相比，其废气流通方向在吸附材料间是唯一的；与活性炭蜂窝体相比，其机械性能尤其是韧性良好，可在连续运动的工作单元中使用，且保证能够正常工作，并且无自燃隐患。

Description

一种波纹板状吸附材料及其制备方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种波纹板状吸附材料及其制备方法。 

背景技术

目前，有机废气吸附工艺中，变温吸附工艺中吸附材料主要为颗粒状、纤维状或多孔道蜂窝状的活性炭吸附材料；变压吸附工艺中吸附材料主要使用的为颗粒状分子筛吸附材料。在常规的有机废气吸附工艺中使用的传统的吸附材料，均为吸附剂经加工后制备的均质吸附材料，如活性炭颗粒、活性炭纤维、活性炭蜂窝体及分子筛颗粒等。在有机废气处理工艺中，因活性炭吸附材料自身可燃，在使用中有安全隐患；分子筛颗粒极少用于变温有机废气处理工艺。且以上所述吸附材料形态，只能在静止的状态中使用。 

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种波纹板状吸附材料及其制备方法，该波纹板状吸附材料通过改变分子筛吸附剂的制备方法，可使吸附材料的使用性能及方式得到不同的改变。 

本发明提供一种波纹板状吸附材料，包括多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构，所述波纹状吸附板与平板状吸附板之间形成多个单向气体流通通道。 

所述波纹状吸附板与平板状吸附板的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料。 

所述分子筛吸附材料的厚度小于等于200微米。 

所述波纹状吸附板与平板状吸附板的厚度均不大于0.5mm。 

所述波纹状吸附板与平板状吸附板的材料为无机纤维。 

所述波纹状吸附板与平板状吸附板的材料为硅酸铝纤维或玻璃纤维。 

所述波纹状吸附板与平板状吸附板的材料为一体成型结构或可拆分的分别成型结构。 

本发明还提供一种波纹板状吸附材料的制备方法，包括以下几个步骤： 

步骤一：制备多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构；

步骤二：制备由分子筛吸附剂构成的吸附剂混合液；

步骤三：将由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的多层结构浸入所述吸附剂混合液中，待浸泡完成后取出成型，完成制备。

所述吸附剂混合液中还含有重量比为15%~35%的粘结剂。 

将多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构浸入吸附剂混合液的时间为10~30分钟，或于所述多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构的表面反复多次浸涂，直至浸涂的厚度达到要求。 

本发明具有的优点在于： 

本发明提供的波纹板状吸附材料与颗粒状及纤维状吸附材料相比，其废气流通方向是唯一的；与活性炭蜂窝体相比，其机械性能尤其是韧性良好，可在连续运动的工作单元中使用保证正常工作。与活性炭吸附材料相比，本发明的吸附材料无自燃隐患。

附图说明

图1是本发明中波纹板状吸附材料的结构示意图； 

图2是本发明中波纹板状吸附材料的结构剖视图；

图3是本发明中波纹板状吸附材料的多层结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。 

本发明提供一种波纹板状吸附材料及其制备方法，通过将分析筛吸附剂按要求涂覆在耐酸、碱、溶剂、具有一定的疏水性及耐高温的无机纤维基材，复合制备成为具有一定厚度、绝缘性、耐热性、抗腐蚀性、疏水性、一定机械强度及韧性的非均质的吸附材料。 

本发明提供一种波纹板状吸附材料，主要用于吸附有机废气，如图1至图3所示，包括多层由波纹状吸附板101及平板状吸附板102交替组合的结构1，所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102之间形成多个气体流通通道。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料2，二者表面上涂覆的分子筛吸附材料2的厚度优选为相等厚度。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的厚度均不大于0.5mm，优选的二者厚度相等。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的材料为无机纤维，具有一定的强度及韧性，进一步有选为硅酸铝纤维或玻璃纤维。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板103的材料为一体成型结构或可拆分的分别成型结构，即可以制备具有一层波纹状吸附板101结合有一层平板状吸附板102的一体成型结构，然后多个成型结构组合使用，也可以分别制备多层波纹状吸附板101与平板状吸附板102，然后在使用时交替搭配即可。 

所述波纹状吸附板101为表面为波纹状起伏式的吸附材料，形成的波纹的高度优选的小于等于5cm，其截面形状正弦函数波形形状，也可以为连续的近似三角形形状，如图1所示，优选为等边三角形，这样可获得最稳定的形态；也可为连续的近似梯形形状，优选为等边梯形结构，当然也可以为其他任意形状的表面凹凸不平的波纹状结构。由于波纹状吸附板101具有起伏式的表面结构，因此其上下搭配平板状吸附板102时，则构成大量气体流通通道，进而可以使废气流通，并增大废气流通的量。 

本发明还提供一种波纹板状吸附材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一：制备待用基材：

以无机纤维材料为原料制成一定规格尺寸或基本形状的待用基材。所述待用基材包括制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，且厚度均小于等于0.5mm。波纹状吸附板101与平板状吸附板102的规格尺寸可以根据实际需要处理的废气需求而定，且波纹状吸附板101的波纹形状设计也可以根据具体实际使用需求而定。并且在制备时可以一体成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102的一体成型结构，也可以单独分别成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，可以根据实际需求而定。吸附材料可根据需要进行改性，调整其不同程度的疏水性能。改性方法有直接吸附法、离子交换法、原位准备法及封装配合物法等等。分子筛改性方法有直接吸附法、离子交换法、原位准备法及封装配合物法等等方法，目的是改变分子筛的硅铝比，以提高分子筛的疏水性。

所述待用基材的材料均优选为硅酸铝纤维或玻璃纤维，辅以粘结剂（如硅溶胶和/或水玻璃等）、水及其他辅助添加剂，其他辅助添加剂如丙烯酸和/或聚乙二醇和/或盐酸等。所述待用基材、粘结剂、水及其他辅助添加剂之间的重量比满足（50~69）:（10~20）:（20~30）:（1~5），所述粘接剂、其他辅助添加剂可以选择一种制剂或两种以上的混合制剂，当选择两种以上的混合制剂时相互的比例搭配没有限制，并且，对应其中选择的制剂的质量浓度没有要求，只要求其中有效成分的比例满足上述四种成分之间的重量比就可以，例如盐酸溶液的浓度没有要求，只要求其中HCl的重量满足所需要求即可。制成有具有一定厚度、绝缘性、耐热性、抗腐蚀性、疏水性、一定机械强度及韧性的基体材料。 

根据加工工艺，待用基材中波纹状吸附板可先加工为平板形状，最终成型为波纹状；亦可一次成型为波纹状。 

步骤二：以分子筛吸附剂作为吸附材料原料，并辅以粘结剂（如硅溶胶和/或水玻璃等）、水及其他助剂等，所述助剂为丙烯酸和/或聚乙二醇和/或盐酸等，制成有一定粘结度的吸附剂混合液，以备待用；其中分子筛吸附剂、粘结剂、水及其他助剂之间的重量比满足（15~40）：（15~35）：（10~30）:（5~20），所述粘接剂、其他助剂可以选择一种制剂或两种以上的混合制剂，当选择两种以上的混合制剂时相互的比例搭配没有限制，对应其中选择的制剂的质量浓度没有要求，只要求其中有效成分的比例满足上述四种成分之间的重量比就可以。分子筛吸附剂通常依所处理的有机废气的需要，可一种或几种配合使用，彼此之间的重量比例无限制。分子筛吸附剂可是天然材料也可为人工材料，或天然材料与人工材料混合使用，如X型沸石、Y型沸石、丝光沸石、β沸石等等，分子筛的粒度小于3微米。 

步骤三：将待用基体材料浸入分子筛吸附剂制成的吸附剂混合液中10~30分钟，或于待用基体材料的上下表面反复多次浸涂，直至浸涂的厚度达到要求，待待用基体材料表面均匀粘覆了厚度为微米级（优选为100微米~200微米）的吸附剂混合液后，将其加温至500℃~1000℃脱水干燥2~5小时，升温速度为2~20℃/min，固化形成表面的一层分子筛吸附材料层。 

本发明提供的波纹板状吸附材料及其波纹板状吸附材料的制备方法，作为用于有机废气吸附的波纹状吸附材料，由波纹状吸附板与平板状吸附板两种形状的吸附材料组合而成，在使用中构成单向气流通道，具有耐酸、碱、溶剂及耐高温的无机分子筛吸附剂涂覆在基体表面，分子筛吸附剂与基体共同构成的波纹板状吸附材料属于非均质吸附材料。通过可改性，可使吸附剂具不同程度的疏水性，且具有结构稳定、不破碎、不自燃的特性，并具有良好的疏水性尤其适合处理高湿度的有机废气。使用时可使分别成型的波纹状吸附板与平板状吸附板相间层叠放置；也可使一体成型的波纹状吸附板与平板状吸附板的复合结构平行层叠放置使用。所述波纹状吸附板与平板状吸附板的基材及吸附剂均由无机耐高温材料组成，避免了有机废气吸附或解吸工艺环节的吸附材料自燃的可能性，即提高了此工艺环节的安全性。其表面的分子筛吸附剂可进行改性处理，使得吸附材料的疏水性得到改善，在处理高湿度的有机废气时，可提高对废气的吸附效率。具有耐酸、碱、溶剂及耐高温的无机分子筛吸附剂涂覆在基体表面，吸附剂与基体共同构成的波纹状吸附材料属于非均质吸附材料。通过可改性，可使吸附剂具不同程度的疏水性。本方法制备的波纹状吸附材料具有结构稳定，不破碎、不自燃的特性，良好的疏水性尤其适合处理高湿度的有机废气。 

装填波纹板状吸附材料的装置的空间，可以是任意形状。波纹板状吸附材料是可裁剪的，其外形尺寸可根据装填空间的形状及尺寸而定。且装填波纹板状吸附材料时，必须使每层材料接触紧密，以形成完整、均匀的气体流通通道。

实施例1 

本实施例提供一种波纹板状吸附材料，包括多层由波纹状吸附板101及平板状吸附板102交替组合的结构1，所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102之间形成多个气体流通通道。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料2。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的厚度均为0.5mm。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的材料为硅酸铝纤维。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板103的材料为一体成型结构，即可以制备具有一层波纹状吸附板101结合有一层平板状吸附板102的一体成型结构，然后多个成型结构组合使用。

本实施例还提供一种波纹板状吸附材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一：制备待用基材：

以硅酸铝纤维为原料制成一定规格尺寸或基本形状的待用基材。所述待用基材包括制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，厚度均为0.5mm，波纹状吸附板101与平板状吸附板102的规格尺寸根据实际需要处理的废气需求而定，且波纹状吸附板101的波纹形状设计根据具体实际使用需求而定。并且在制备时一体成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102的一体成型结构。

所述待用基材的材料为硅酸铝纤维，辅以粘结剂、水及其他辅助添加剂，所述粘结剂为硅溶胶，所述其他辅助添加剂为丙烯酸。所述待用基材、硅溶胶、水及丙烯酸之间的重量比满足50:20: 25: 5，制成有具有一定厚度、绝缘性、耐热性、抗腐蚀性、疏水性、一定机械强度及韧性的基体材料。 

根据加工工艺，待用基材中波纹状吸附板可先加工为平板形状，亦可直接加工成波纹板形状，但最终形状为波纹状。 

步骤二：以分子筛吸附剂作为吸附材料原料，并辅以粘结剂、水及其他助剂等，所述粘结剂为硅溶胶，所述助剂为丙烯酸，制成有一定粘结度的吸附剂混合液，以备待用；其中分子筛吸附剂、硅溶胶、水及丙烯酸之间的重量比满足15：35：30:20，分子筛吸附剂为X型沸石，粒度小于3微米。 

步骤三：将待用基体材料浸入分子筛吸附剂制成的吸附剂混合液中10分钟，待待用基体材料表面均匀粘覆了厚度为100微米的吸附剂混合液后，将其加温至500℃脱水干燥5小时，升温速度为2℃/min，固化形成表面的一层分子筛吸附材料层。 

实施例2 

本实施例提供一种波纹板状吸附材料，包括多层由波纹状吸附板101及平板状吸附板102交替组合的结构1，所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102之间形成多个气体流通通道。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料2。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的厚度为0.3mm。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的材料为玻璃纤维。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板103的材料为可拆分的分别成型结构，即分别制备多层波纹状吸附板101与平板状吸附板102，然后在使用时交替搭配即可。

本实施例还提供一种波纹板状吸附材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一：制备待用基材：

以玻璃纤维为原料制成一定规格尺寸或基本形状的待用基材。所述待用基材包括制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，厚度均为0.3mm，并且在制备时单独分别成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，吸附材料根据需要进行改性，调整其不同程度的疏水性能，改性方法包括直接吸附法、离子交换法、原位准备法及封装配合物法。

所述待用基材辅以水玻璃、水及聚乙二醇，其中所述待用基材、水玻璃、水及聚乙二醇之间的重量比满足69: 10: 20: 1，制成有具有一定厚度、绝缘性、耐热性、抗腐蚀性、疏水性、一定机械强度及韧性的基体材料。 

步骤二：以分子筛吸附剂作为吸附材料原料，并辅以水玻璃、水及聚乙二醇，制成有一定粘结度的吸附剂混合液，以备待用；其中分子筛吸附剂、水玻璃、水及聚乙二醇之间的重量比满足40：15：30: 15。分子筛吸附剂为Y型沸石，分子筛的粒度小于3微米。 

步骤三：将待用基体材料浸入分子筛吸附剂制成的吸附剂混合液中30分钟，待待用基体材料表面均匀粘覆了厚度为200微米的吸附剂混合液后，将其加温至1000℃脱水干燥5小时，升温速度为20℃/min，固化形成表面的一层分子筛吸附材料层。 

实施例3 

本实施例提供一种波纹板状吸附材料，包括多层由波纹状吸附板101及平板状吸附板102交替组合的结构1，所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102之间形成多个气体流通通道。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料2。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的厚度为0.1mm。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的材料为无机纤维。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板103的材料为可拆分的分别成型结构，即分别制备多层波纹状吸附板101与平板状吸附板102，然后在使用时交替搭配即可。

本实施例还提供一种波纹板状吸附材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一：制备待用基材：

以无机纤维材料为原料制成一定规格尺寸或基本形状的待用基材。所述待用基材包括制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，波纹状吸附板101与平板状吸附板102的规格尺寸可以根据实际需要处理的废气需求而定，且厚度均为0.1mm。且波纹状吸附板101的波纹形状设计也可以根据具体实际使用需求而定。并且在制备时可以一体成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102的一体成型结构，也可以单独分别成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，可以根据实际需求而定。

所述待用基材的材料辅以粘结剂、水及其他辅助添加剂，所述待用基材、粘结剂、水及其他辅助添加剂之间的重量比满足55：12: 30:3，所述粘结剂为水玻璃和硅溶胶的混合物，二者相互的比例搭配没有限制。所述其他辅助添加剂为丙烯酸和聚乙二醇的混合物，二者相互的比例搭配没有限制，最终制成有具有一定厚度、绝缘性、耐热性、抗腐蚀性、疏水性、一定机械强度及韧性的基体材料。 

步骤二：以分子筛吸附剂作为吸附材料原料，并辅以粘结剂、水及其他助剂等，所述粘结剂为水玻璃和硅溶胶的混合物，二者相互的比例搭配没有限制。所述助剂选择为丙烯酸和聚乙二醇的混合助剂，二者相互的比例搭配没有限制，最终制成有一定粘结度的吸附剂混合液，以备待用；其中分子筛吸附剂、粘结剂、水及其他助剂之间的重量比满足35：35：10：20。所述粘接剂、其他助剂均为两种成分的混合制剂，且混合制剂的各种成分之间的相互的比例搭配没有限制。分子筛吸附剂通常依所处理的有机废气的需要，可一种或几种配合使用，彼此之间的重量比例无限制。分子筛吸附剂为丝光沸石，分子筛的粒度小于3微米。 

步骤三：将待用基体材料的上下表面反复浸覆吸附剂混合液，待待用基体材料表面均匀粘覆了厚度为130微米的吸附剂混合液后，将其加温至700℃脱水干燥3小时，升温速度为10℃/min，固化形成表面的一层分子筛吸附材料层。 

实施例4 

本实施例提供一种波纹板状吸附材料，包括多层由波纹状吸附板101及平板状吸附板102交替组合的结构1，所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102之间形成多个气体流通通道。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料2。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的厚度为0.2mm。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板102的材料为无机纤维。所述波纹状吸附板101与平板状吸附板103的材料为可拆分的分别成型结构，即分别制备多层波纹状吸附板101与平板状吸附板102，然后在使用时交替搭配即可。

本实施例还提供一种波纹板状吸附材料的制备方法，包括以下步骤： 

步骤一：制备待用基材：

以无机纤维材料为原料制成一定规格尺寸或基本形状的待用基材。所述待用基材包括制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，波纹状吸附板101与平板状吸附板102的规格尺寸可以根据实际需要处理的废气需求而定，且厚度均为0.2mm。且波纹状吸附板101的波纹形状设计也可以根据具体实际使用需求而定。并且在制备时可以一体成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102的一体成型结构，也可以单独分别成型制备波纹状吸附板101与平板状吸附板102，可以根据实际需求而定。

所述待用基材的材料辅以粘结剂、水及其他辅助添加剂，所述待用基材、粘结剂、水及其他辅助添加剂之间的重量比满足62：12: 24：2。所述粘结剂为硅溶胶；所述其他辅助添加剂为丙烯酸、聚乙二醇和盐酸的混合物，三者相互的比例搭配没有限制。制成有具有一定厚度、绝缘性、耐热性、抗腐蚀性、疏水性、一定机械强度及韧性的基体材料。 

步骤二：以分子筛吸附剂作为吸附材料原料，并辅以粘结剂、水及其他助剂等。所述粘结剂为硅溶胶；所述助剂选择为丙烯酸、聚乙二醇和盐酸的混合助剂，三者相互的比例搭配没有限制，制成有一定粘结度的吸附剂混合液，以备待用；其中分子筛吸附剂、粘结剂、水及其他助剂之间的重量比满足35：35：25：5，所述粘接剂、其他助剂均为两种成分的混合制剂，且混合制剂的各种成分之间的相互的比例搭配没有限制。分子筛吸附剂通常依所处理的有机废气的需要，可一种或几种配合使用，彼此之间的重量比例无限制。分子筛吸附剂为β沸石，分子筛的粒度小于3微米。 

步骤三：将待用基体材料的上下表面反复浸涂吸附剂混合液中，待待用基体材料表面均匀粘覆了厚度为160微米的吸附剂混合液后，将其加温至850℃脱水干燥4小时，升温速度为15℃/min，固化形成表面的一层分子筛吸附材料层。 

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。 

Claims (10)

1.一种波纹板状吸附材料，其特征在于，包括多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构，所述波纹状吸附板与平板状吸附板之间形成多个单向气体流通通道。

2.根据权利要求1所述的波纹板状吸附材料，其特征在于，所述波纹状吸附板与平板状吸附板的上下表面均涂覆有厚度为微米级的分子筛吸附材料。

3.根据权利要求2所述的波纹板状吸附材料，其特征在于，所述分子筛吸附材料的厚度小于等于200微米。

4.根据权利要求3所述的波纹板状吸附材料，其特征在于，所述波纹状吸附板与平板状吸附板的厚度均不大于0.5mm。

5.根据权利要求4所述的波纹板状吸附材料，其特征在于，所述波纹状吸附板与平板状吸附板的材料为无机纤维。

6.根据权利要求5所述的波纹板状吸附材料，其特征在于，所述波纹状吸附板与平板状吸附板的材料为硅酸铝纤维或玻璃纤维。

7.根据权利要求6所述的波纹板状吸附材料，其特征在于，所述波纹状吸附板与平板状吸附板的材料为一体成型结构或可拆分的分别成型结构。

8.一种波纹板状吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：制备多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构；

步骤二：制备由分子筛吸附剂构成的吸附剂混合液；

步骤三：将由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的多层结构浸入所述吸附剂混合液中，待浸泡完成后取出成型，完成制备。

9.根据权利要求8所述的波纹板状吸附材料的制备方法，其特征在于，所述吸附剂混合液中还含有重量比为15%~35%的粘结剂。

10.根据权利要求9所述的波纹板状吸附材料的制备方法，其特征在于，将多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构浸入吸附剂混合液的时间为10~30分钟，或于所述多层由波纹状吸附板及平板状吸附板交替组合的结构的表面反复多次浸涂，直至浸涂的厚度达到要求。

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