CN105289491A - 一种活性炭材料掺杂的分子筛吸附浓缩转轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活性炭前体或活性炭材料掺杂的分子筛吸附浓缩转轮及其制备方法，属于废气吸附处理技术领域。其首先将纤维与活性炭前体或活性炭材料混合后进行抄纸；其次，抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过粘合剂粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；然后向所得蜂窝体型材表面通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，经惰性气体条件下热风或微波干燥，重复该步骤，达到所需要的负载量；最后惰性气体条件下活化，通过打磨加工制得转轮。本发明的活性炭前体耐高温，即使经过烧结后仍然有大量留存，纸张的耐热性得到的提高，通过本发明方法制备得到的分子筛吸附浓缩转轮的耐热温度≥600℃。

Description

一种活性炭材料掺杂的分子筛吸附浓缩转轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及废气吸附处理技术领域，具体涉及一种活性炭前体或活性炭材料掺杂的分子筛吸附浓缩转轮及其制备方法。

背景技术

各类化工或者汽车涂装车间经常会有挥发性有机气体(VOCs)产生，为了处理排放出的废气，必须进行废气的净化处理。现如今常用废气浓缩吸附转轮系统对低浓度、大风量的废气进行处理，能够节约能源，提高效率。

目前，现有技术中分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，通常是向陶瓷纤维中加入少量的有机纤维和粘合剂进行抄纸，层压制成蜂窝结构，为了增强纸张强度，用硅胶或硅酸乙酯对纸张或层压纸板浸渍，最后经过烧结减少纸张中的有机纤维和有机黏合剂。

然而在上述增强纸张的过程中，硅溶胶颗粒渗入纸张的缝隙，进而阻止接下来催化剂载体或吸附剂载体进入纸张内部，减少催化剂或吸附剂的负载量。如果不采用浸渍硅胶或硅酸乙酯的方式增强纸张强度，由于植物纤维表面有很多的-OH和-COOH，能形成氢键结合，通过添加植物纤维纸浆，形成的纸张强度较高。因此，采用上述方法，可以很好地改善硅酸铝纤维纸的成纸强度和匀度，但由于加入了有机纤维，其耐高温性能大大下降，在高温下会失去原有的强度，隔热性能也会下降。

发明内容

本发明的任务之一在于提供一种分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，解决了现有技术中转轮耐高温性能差的问题，该方法制备得到的转轮，使得纤维之间的结合力增强，在耐温性能提高的同时纸张强度也得到增强。

其技术解决方案包括：

一种分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，依次包括以下步骤：

a、将纤维与活性炭前体或活性炭材料混合后进行抄纸，所述的纤维是陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维或天然纤维中的一种或多种的混合物；

b、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过粘合剂粘结在平纸上形成层状体，将所述层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

c、向所得蜂窝体型材表面通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，继续负载，直至达到所需要的负载量，得附着有分子筛的型材；

d、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

上述步骤a中，如果抄纸时加入活性炭前体，需要将蜂窝体型材先浸渍无机盐，依次通过300℃进行稳定化处理、经惰性气体保护在300～800℃处理、通入水蒸气或者二氧化碳造孔,获得蜂窝体型材，所述的无机盐为磷酸盐。

上述技术方案直接带来的有益技术效果是：

通过在抄纸步骤中加入活性炭前体或活性炭材料，可以提高纸张的比表面积，经测定，加入活性炭前体或活性炭材料后纸张的比表面积可以达到200～800m²/g，活性炭前体或活性炭材料在增加纸张强度的同时，并不会造成纸张内部孔隙的堵塞，进一步可提高分子筛或硅胶的负载量，增大吸附效率。

作为本发明的一个优选方案，步骤a中，所述活性炭前体占活性炭前体与纤维质量总和的0.1～80％，所述活性炭材料占活性炭材料与纤维质量总和的0.1～80％。

作为本发明的另一个优选方案，活性炭前体为粘胶纤维、纸浆、聚丙烯腈纤维、酚醛纤维或沥青纤维。

优选的，所述的纤维是陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维的混合物，其中，各个纤维的重量份数依次为0.1～80份、0.1～80份、0.1～10份和0.1～10份。

优选的，所述的粘合剂为硅溶胶或铝溶胶。

本发明的另一任务是提供上述制备方法制备得到的分子筛吸附浓缩转轮。

上述分子筛吸附浓缩转轮表面分布有若干条瓦楞孔道，其耐热温度≥600℃。

本发明在原料的选取上，活性炭前体选取粘胶纤维、纸浆等，相对陶瓷纤维、玻璃纤维的亲水性好，因此，可以提高加工性能，增强浆液的分散，提高纸张的均匀度；

相比于现有技术中选用的植物纤维，本发明的活性炭前体耐高温，即使经过烧结仍然有大量留存，纸张的耐热性得到的提高，分子筛吸附浓缩转轮的耐热温度≥600℃。

本发明工艺方面，在抄纸步骤中加入活性炭前体或活性炭材料，其加入增加了纸张的匀度、稳定性，提高了比表面积，有利于后期吸附剂分子筛的附着，活性炭前体制得的或直接抄纸加入的活性炭材料对废气中浓度较高的成分的处理效果好，且可以根据孔径调节吸附物质的种类，拓宽吸附范围；分子筛容易吸附小分子，对于废气中浓度较低的成分，处理效果好。通过将活性炭材料与分子筛复合，增大了处理废气的范围，并且提高处理能力，吸附能力增强，吸附范围增大。

本发明利用了活性炭材料对于高浓度的物质处理效果好的优点，分子筛对于低浓度的处理效果好的优点，结合二者的优点，进一步拓宽了分子筛蜂窝吸附转轮的吸附范围，使吸附性能增强。

具体实施方式

本发明公开了一种活性炭前体或活性炭材料掺杂的分子筛吸附浓缩转轮及其制备方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明分子筛吸附浓缩转轮，其所选用的原料纤维中，包括陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维，可由单一的纤维抄纸，也可由几种纤维的混合物抄纸，如多种纤维混合时，其重量份配比为0.1～80份的陶瓷纤维、0.1～80份的玻璃纤维、0.1～10份的合成纤维和0.1～10份的天然纤维，根据纤维的选择以及重量份数有如下组合：

陶瓷纤维0.1份、玻璃纤维0.1份、合成纤维10份和天然纤维0.1份；

或陶瓷纤维80份、玻璃纤维0.1份、合成纤维10份和天然纤维10份；

或陶瓷纤维80份、玻璃纤维80份、合成纤维0.1份和天然纤维10份；

或陶瓷纤维40份、玻璃纤维80份、合成纤维5份和天然纤维0.1份；

或陶瓷纤维40份、玻璃纤维40份、合成纤维5份和天然纤维5份。

上述每种纤维的直径为2～30微米，长度为0.1～20毫米，本发明的改进点之一，是在抄纸步骤中加入了活性炭前体或活性炭材料，活性炭前体为粘胶纤维、纸浆、聚丙烯腈纤维、酚醛纤维或沥青纤维中的一种，其中，每种活性炭前体占纤维和活性炭前体质量总和的0.1～80％。

在上述组合的启示下，本领域技术人员还可得出多种组合，此处不再冗述。

实施例1：

本实施例，分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将陶瓷纤维与活性炭前体粘胶纤维混合后进行抄纸，其中，陶瓷纤维40份，活性炭前体粘胶纤维20份；

步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，将水100份、吸附剂分子筛30份、硅溶胶40份均匀混合，得混合物，将该混合物粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

步骤3、蜂窝体型材先浸渍磷酸盐，依次通过300℃进行稳定化处理、经惰性气体保护在300-800℃处理、通入水蒸气造孔；

步骤4、通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，得附着有分子筛的型材，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，重复前述操作，多次负载，达到所需要的负载量；

步骤5、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

本实施例制备得到的转轮的BET表面积为350m²/g，孔径为0.2-5nm。

实施例2：

本实施例，分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将陶瓷纤维、玻璃纤维与活性炭前体粘胶纤维混合后进行抄纸，其中，陶瓷纤维30份，玻璃纤维30份、活性炭前体粘胶纤维30份；

步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，将水300份、吸附剂分子筛50份、硅溶胶60份均匀混合，得混合物，将该混合物粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

步骤3、蜂窝体型材先浸渍磷酸盐，依次通过300℃进行稳定化处理、经惰性气体保护在300-800℃处理、通入水蒸气造孔；

步骤4、通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，得附着有分子筛的型材，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，重复前述操作，多次负载，达到所需要的负载量；

步骤5、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

本发明实施例制备得到的转轮BET表面积为370m²/g，孔径为0.2-5nm。

实施例3：

本实施例，分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维和活性炭前体粘胶纤维混合后进行抄纸，其中，陶瓷纤维80份，玻璃纤维40份、合成纤维5份和活性炭前体粘胶纤维60份；

步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，将水150份、吸附剂分子筛25份、铝溶胶40份均匀混合，得混合物，将该混合物粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

步骤3、蜂窝体型材先浸渍磷酸盐，依次通过300℃进行稳定化处理、经惰性气体保护在300-800℃处理、通入水蒸气造孔；

步骤4、通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，得附着有分子筛的型材，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，重复前述操作，多次负载，达到所需要的负载量；

步骤5、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

本发明实施例制备得到的转轮BET表面积为360m²/g，孔径为0.2-5nm。

实施例4：

本实施例，分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、将陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维、天然纤维和活性炭前体粘胶纤维混合后进行抄纸，其中，陶瓷纤维80份，玻璃纤维40份、合成纤维5份、天然纤维5份和活性炭前体粘胶纤维80份；

步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，将水100份、吸附剂分子筛30份、铝溶胶60份均匀混合，得混合物，将该混合物粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

步骤3、蜂窝体型材先浸渍磷酸盐，依次通过300℃进行稳定化处理、经惰性气体保护在300-800℃处理、通入水蒸气造孔；

步骤4、通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，得附着有分子筛的型材，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，重复前述操作，多次负载，达到所需要的负载量；

步骤5、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

本发明实施例制备得到的转轮BET表面积为385m²/g，孔径为0.2-5nm。

实施例5：

步骤1、将陶瓷纤维、玻璃纤维与活性炭材料混合后进行抄纸，其中，陶瓷纤维30份，玻璃纤维30份、活性炭纤维30份；

步骤2、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，将水150份、吸附剂分子筛50份、硅溶胶60份均匀混合，得混合物，将该混合物粘结在平纸上形成层状体，将层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

步骤3、向所得蜂窝体型材表面通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，重复前述操作，多次负载，达到所需要的负载量，得附着有分子筛的型材；

步骤4、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

本发明实施例制备得到的转轮BET表面积为500m²/g，孔径为1-2nm。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

a、将纤维与活性炭前体或活性炭材料混合后进行抄纸，所述的纤维是陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维或天然纤维中的一种或多种的混合物；

b、抄纸后将其挤压成具有凹凸面的纸，所得凹凸面的纸通过粘合剂粘结在平纸上形成层状体，将所述层状体通过堆积或卷绕成蜂窝体型材；

c、向所得蜂窝体型材表面通过浸渍、淋洗或喷涂的方式附着吸附剂分子筛，惰性气体条件下80-150℃热风或微波干燥后，继续负载，直至达到所需要的负载量，得附着有分子筛的型材；

d、在惰性气体条件下400-600℃活化，通过切割、打磨，即得分子筛吸附浓缩转轮。

2.根据权利要求1所述的分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述活性炭前体占活性炭前体与纤维质量总和的0.1～80％，所述活性炭材料占活性炭材料与纤维质量总和的0.1～80％。

3.根据权利要求1所述的分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述活性炭前体为粘胶纤维、纸浆、聚丙烯腈纤维、酚醛纤维或沥青纤维。

4.根据权利要求1所述的分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，其特征在于：步骤a中，所述的纤维是陶瓷纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维的混合物，其中，各个纤维的重量份数依次为0.1～80份、0.1～80份、0.1～10份和0.1～10份。

5.根据权利要求1所述的分子筛吸附浓缩转轮的制备方法，其特征在于：步骤b中，所述的粘合剂为硅溶胶或铝溶胶。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法制备得到的分子筛吸附浓缩转轮，其特征在于：所述分子筛吸附浓缩转轮表面分布有若干条瓦楞孔道，其耐热温度≥600℃。