CN106076251B - 氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂及其制备方法。所述氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂包括活性炭纤维毡以及吸附在所述活性炭纤维毡内的氯化锂，并且所述活性炭纤维毡内的各个纤维表面上覆盖有硅溶胶，各个纤维间隙中填充有硅溶胶。本发明的氯化锂‑活性炭纤维毡固化复合吸附剂极大的提高了盐的吸附率，能最大限度的吸附高湿度空气，并且该吸附剂在吸附后不变形，不会堵塞空气通道。

Description

氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及的是一种复合材料技术领域的吸附剂及其制备方法，具体涉及一种氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂及其制备方法。
背景技术
作为一种以水合物形态来吸附水的重要手段，氯化锂由于在吸水过程中具有吸水量大、再生容易以及性能稳定等优点，成为空气取水领域比较重要的一种无机盐。
其中，以硅胶为基质、氯化锂为载体的复合吸附剂，由于其出色的吸附性能一度是空气取水领域的研究热点，如Saya Nakabayashi等，在Adsorption上发表的“Improvementof water vapor adsorption ability of natural mesoporousmaterial byimpregnating with chloride salts for development of a new desiccant filter”(2011,Volume 17,Issue 4,p 675–686)以及刘业凤2003年的博士论文“空气取水用复合吸附剂的吸附性能及吸附动力学特性研究”。
但是硅胶作为基质有如下几个缺点：浸渍盐比例不高，液解问题，堆积状态下传热传质能力弱，浸渍过程碎裂严重。
作为提供一种不同基质以及盐的方法，中国专利申请201510098938.6公开了一种氯化钙－活性炭纤维毡固体复合吸附剂及其制备方法，其采用活性炭纤维毡作为基质。但是，这种固体复合吸附剂具有吸水后形变的缺点，而且氯化钙的吸水性没有氯化锂强。
发明内容
本发明旨在针对传统硅胶吸附剂以及氯化钙-活性炭纤维毡固体复合吸附剂的不足，提出一种以处理后的活性炭纤维毡为基质的复合吸附剂以及制备方法，使制备的复合吸附剂具备高吸水性能、易成型、吸水不形变等优点， 从而为空气取水系统提供优秀传质能力的结构型固化复合吸附剂，实现高效的吸附与解吸。
本发明的技术方案如下：
一种氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂，包括活性炭纤维毡以及吸附在所述活性炭纤维毡内的氯化锂，并且所述活性炭纤维毡内的各个纤维表面上覆盖有硅溶胶，各个纤维间隙中填充有硅溶胶。
优选地，所述硅溶胶在所述固化复合吸附剂中所占的重量百分比为40％-65％；所述氯化锂在所述固化复合吸附剂中所占的重量百分比为10％-25％。
一种氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将干燥的活性炭纤维毡浸入重量百分浓度为10-40％的硅溶胶中，之后取出悬挂并烘干，得到固化活性炭纤维基质；
(2)将上述得到的固化活性炭纤维基质浸入重量百分浓度为10-40％的氯化锂溶液中，吸附反应体系保持与外界隔离，吸附1-8小时，之后取出烘干，得到所述氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂。
优选地，所述悬挂为待到无液体滴落。
优选地，所述步骤(2)中的烘干为用120℃的烘箱烘干。
优选地，所述步骤(1)中的活性炭纤维毡的干燥为在120℃干燥。
优选地，所述步骤(1)中的烘干为在烘箱中烘干。
优选地，所述活性炭纤维毡的比表面积为1100-1500m^2/g。
优选地，所述活性炭纤维毡的厚度为0.1cm。
优选地，所述硅溶胶的重量百分浓度为30％，所述氯化锂溶液的重量百分浓度为30％，所述活性炭纤维毡的比表面积为1380m^2/g，所述浸渍时间为8小时。
与传统吸附剂相比，本发明有以下三个优点：
第一、极大的提高了氯化锂盐的吸附率，进而能最大限度的吸附高湿度空气；
第二、输入能源的清洁可再生，能在90℃-120℃内完全解吸，因此可以用太阳能实现解吸；
第三、固化复合吸附剂吸水不形变，为空气取水装置提供了良好的传质结构支撑。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1是本发明实施例的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂的扫描电镜图。
具体实施方式
在空气取水装置搭建过程中，为了使材料能够大量吸水并且同时不发生形变，以使空气通道在构建过程中不被堵塞，本发明的发明人开发了一套新型的氯化锂－活性炭纤维毡固化复合吸附剂及其制备方法。这种新型的吸附剂不仅具有高吸水性能、浸渍不碎裂的优点，还同时具备易成型、吸水不形变及良好的传质能力等优点。
本发明所涉及的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂，其中氯化锂是与水分子进行物理吸附的物质，活性炭纤维毡以其深浅不一的纹理沟槽和不规则的空隙成为传导容纳水分子的优良载体，而硅溶胶则填充在各个纤维表面及纤维之间，支撑整个吸附剂，使其吸水以后也不形变；该氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂吸附的主要原理是利用活性炭纤维毡沿轴向排列的大量形状尺寸不等的纤维所形成的毛细孔产生的巨大毛细力来吸附盐溶液，被干燥后氯化锂就附着在纤维上，用以吸附空气中的水分子。
在本文中，由「一数值至另一数值」表示的范围，是一种避免在说明书中一一列举该范围中的所有数值的概要性表示方式。因此，某一特定数值范围的记载，涵盖该数值范围内的任意数值以及由该数值范围内的任意数值界 定出的较小数值范围，如同在说明书中明文写出该任意数值和该较小数值范围一样。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
1、氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂的制备
本实施例选用一个或多个比表面积为1380m^2/g、尺寸为6*6*0.1cm的活性炭纤维毡，以及盐浓度30％的氯化锂盐溶液。
氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂的制作过程为：将120℃干燥后的活性炭纤维毡称重，浸入30wt％的硅溶胶中，取出稍稍悬挂待到无液体滴落后置于烘箱中烘干，得到固化活性炭纤维毡基质；将氯化锂盐烘干称取60g，向其中加入140ml的去离子水，配置成30％浓度的氯化锂溶液置于玻璃皿中，并将固化活性炭纤维毡基质浸入氯化锂溶液中，用保护罩使吸附反应体系保持与外界隔离，吸附时长为8小时，后取出用120℃的烘箱烘干。
用电子天平对制作的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂称重。
本实施例的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂的活性炭纤维毡是由无数细长纤维(宽10um)织就，该固化复合吸附剂中，纤维表面以及间隙里均匀覆盖硅溶胶，并固化成基质，而后氯化锂均匀的附着在固体基质上形成固化吸附剂，图1就是本发明的扫描电镜图，图中可看到多根碳纤维，碳纤维上及碳纤维之间具有硅溶胶，并且附有氯化锂。
2、氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂吸附性能的检测：
将恒温恒湿箱调制25℃、90％相对湿度，将相同氯化锂浓度的氯化锂-硅胶复合吸附剂(作为对比例)及上述制得的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂放入恒温恒湿箱内进行吸附实验，恒温恒湿箱控制湿空气保持在上述温度和湿度。
用电子天平进行称重的实时测量，由于吸附速率随时间逐渐降低，因此 称重的时间间隔由开始的15min逐渐变为20min、30min、60min、80min。当时间间隔为80min，连续两次所测重量的相对变化小于3％时，认为吸附达到平衡。总吸附时长保证8小时及以上，最后测总吸水量。
根据测试结果，在25℃，90％相对湿度下，单位质量氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂的吸水率为1.34，而在相同的工况下，单位质量的氯化锂-活性炭纤维毡的吸水率为1.21，比本发明的固化吸附剂性能稍弱，而传统的氯化锂-硅胶复合吸附剂为0.7，本发明的单位质量固化复合吸附剂的吸水率与传统的氯化锂-硅胶复合吸附剂相比增加近1倍；单位体积的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂的吸水率为0.725，而传统的氯化锂-硅胶复合吸附剂为0.245，本发明的单位体积固化复合吸附剂的吸水率增加2倍。
本实施例的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂在30％氯化锂浸渍盐浓度下，盐增重比例是传统氯化锂-硅胶复合吸附剂的2倍，单位质量吸水量约是氯化锂-硅胶复合吸附剂的2倍，单位体积吸水量约是氯化锂-硅胶复合吸附剂的3倍。
本发明制得的氯化锂-活性炭纤维毡固化复合吸附剂由氯化锂、硅溶胶和活性炭纤维毡组成，其中硅溶胶浸渍、烘干的方法使活性炭纤维毡的细纤维固化，之后在其上附着氯化锂盐，制成的复合吸附剂比传统硅胶基吸附剂性能更加出色、传质能力更强、无液解、不破损。
在本发明及上述实施例的教导下，本领域技术人员很容易预见到，本发明所列举或例举的各原料或其等同替换物、各加工方法或其等同替换物都能实现本发明，以及各原料和加工方法的参数上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (10)

1.一种氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂，其特征在于，包括活性碳纤维毡以及吸附在所述活性碳纤维毡内的氯化锂，所述活性碳纤维毡内的各个纤维表面上覆盖有硅溶胶，各个纤维间隙中填充有硅溶胶；其中氯化锂是与水分子进行物理吸附的物质，活性碳纤维毡以其深浅不一的纹理沟槽和不规则的空隙成为传导容纳水分子的优良载体，而硅溶胶则填充在活性碳纤维毡的各个纤维表面及纤维之间，支撑整个吸附剂，使其吸水以后也不形变。
2.如权利要求1所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂，其特征在于，所述硅溶胶在所述固化复合吸附剂中所占的重量百分比为40%-65%；所述氯化锂在所述固化复合吸附剂中所占的重量百分比为10%-25%。
3.一种氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将干燥的活性碳纤维毡浸入重量百分浓度为10-40%的硅溶胶中，之后取出悬挂并烘干，得到固化活性炭纤维基质；
（2）将上述得到的固化活性炭纤维基质浸入重量百分浓度为10-40%的氯化锂溶液中，吸附反应体系保持与外界隔离，浸渍时间为1-8小时，之后取出烘干，得到所述氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂。
4.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述悬挂为待到无液体滴落。
5.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的烘干为用120℃的烘箱烘干。
6.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的活性碳纤维毡的干燥为在120℃干燥。
7.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的烘干为在烘箱中烘干。
8.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述活性碳纤维毡的比表面积为1100-1500m2/g。
9.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述活性碳纤维毡的厚度为0.1cm。
10.如权利要求3所述的氯化锂－活性碳纤维毡固化复合吸附剂的制备方法，其特征在于，所述硅溶胶的重量百分浓度为30%，所述氯化锂溶液的重量百分浓度为30%，所述活性碳纤维毡的比表面积为1380m2/g，所述浸渍时间为8小时。
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