CN107262048B

CN107262048B - 细菌纤维素复合吸湿剂的低温再生除湿材料

Info

Publication number: CN107262048B
Application number: CN201710331896.5A
Authority: CN
Inventors: 蒋峰景; 闫鸿志; 张宇轩; 钟宇光; 钟春燕; 张家齐; 童易鋆
Original assignee: Hainan Yeguo Foods Co Ltd
Current assignee: Hainan Yeguo Foods Co Ltd
Priority date: 2017-05-11
Filing date: 2017-05-11
Publication date: 2020-07-24
Anticipated expiration: 2037-05-11
Also published as: CN107262048A

Abstract

本发明公开了一种细菌纤维素复合吸湿剂的低温再生除湿材料；所述材料通过将细菌纤维素材料在吸湿剂或者吸湿剂溶液中浸渍后冷冻干燥制备而得，所述低温再生除湿材料中，吸湿剂含量为10％‑90％。与现有技术相比，本发明的低温再生除湿材料吸湿性能优异，在25℃，80％相对湿度条件下，平衡吸湿量可达到0.53g水/g除湿材料。此外，低温再生能力出众，在50℃，40％相对湿度条件下，平衡吸湿量为0.10g水/g除湿材料，脱附率达到80％以上。

Description

细菌纤维素复合吸湿剂的低温再生除湿材料

技术领域

本发明涉及转轮除湿材料，具体涉及一种细菌纤维素复合吸湿剂的低温再生除湿材料。

背景技术

空气湿度的控制对改善人们的生活和工作环境以及提高工艺质量都有重要的作用。转轮除湿机是将除湿转轮和常规空调结合起来，使室内的温度和湿度达到较高的控制精度，它为空气除湿注入了新的血液，为工业生产带来质和量的转变。转轮除湿机的优点是节能环保，经过转轮处理的空气，能除去其中的有害气体，提高空气品质，可广泛应用于军工、制药、电气、感光材料、印刷、文物保护等各行业，具有广阔的应用前景。

转轮除湿机的主要部件是空调机和除湿转轮，除湿转轮是由吸附材料和无机基材组成，其中吸附材料(除湿材料)及粘接方法是整个系统除湿性能的决定性因素。

转轮除湿系统中常用固体除湿材料主要有活性炭，硅胶，分子筛及盐类。目前市场上使用较多的是以硅胶作为吸湿材料的转轮除湿系统，主要原因在于其有较好的吸湿表现和较好的机械强度，便于加工成型。硅胶又名氧化硅胶和硅酸凝胶，透明或乳白色颗粒，它的吸附量能达到它自身重量的40％。硅胶一般以一种无组织的形式存在，是胶态二氧化硅球形粒子的刚性、连续网格。一般商品含水量为3～7％，这种所谓的水分，实际上是连接于表面硅原子的单层羟基，形成硅醇基Si-O-H，在低表面覆盖度的情况下，水分子连接于硅醇基：Si-O-H…OH₂；在高表面覆盖的情况下，水束内的氢键将占优势，此时键能或吸附热接近于水的液化能。常规密度硅胶的比表面积为750～850m²/g，平均孔径为2.2～2.6nm。将玻璃纤维纸作为基材在硅溶胶中浸渍再干燥，反复几次即可得到制备转轮的材料。

由于转轮除湿机的主要能耗在于高再生温度引起的再生能耗，而低温再生性材料可以大大降低除湿空调的能耗；然而，现有的转轮除湿材料再生温度都比较高，其中硅胶正常吸附的水，脱附温度在120℃左右，沸石分子筛脱附温度在250℃以上，高再生温度会带来比较大的能耗；因此，寻找合适的低温再生性除湿材料已成为当前本领域的重要课题。

通过对现有专利文献的检索发现，申请号为200410050867.4的中国发明专利公开了一种铝改性硅胶吸附剂材料及其制备方法；其中，将无机纤维纸浸渍在水玻璃中2-5h后取出干燥，再浸渍入可溶性铝盐溶液中，将反应后的无机纤维纸取出晾干，采用程序升温处理后即得。该方法制得的铝改性硅胶吸附剂材料具有吸附量大、除湿效率高、再生温度较低、耐热性能好、机械强度高和使用寿命长等优点。然而，其说明书中也指出，再生温度较低指的是与硅胶相当，也就是说，其本质上没能改善硅胶除湿材料再生温度都比较高的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种细菌纤维素复合吸湿剂的低温再生除湿材料。本发明通过高比表面积的基材(细菌纤维素)和吸湿剂(如聚丙烯酸钠(PAAS))复合，制备一种新型具有低再生温度的转轮吸湿材料；制得的产品既可以保持原有的形貌，又具有良好的吸湿与再生性能。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明涉及一种低温再生除湿材料，所述材料通过将细菌纤维素在质量分数0.05～10％的吸湿剂中浸渍12～36h后冷冻干燥制备而得。

优选的，所述低温再生吸湿材料中，吸湿剂与细菌纤维素的重量比例为1：0.1～10。

优选的，所述吸湿剂为无机盐。

优选的，所述吸湿剂选自氯化锂、氯化钙、氯化锌等无机盐中的一种或几种组合。

优选的，所述吸湿剂为聚合物电解质。

优选的，所述聚合物电解质选自聚丙烯酸钠、聚磺化苯乙烯钠盐、磺酸聚苯乙烯等聚合物电解质中的一种或几种组合。

优选的，所述聚合物电解质重均分子量为500～3000000。

更优选的，所述聚合物电解质重均分子量为5000-300000。

最优选的，所述聚合物电解质重均分子量为8000-200000。

优选的，所述浸渍为常温浸渍。

优选的，所述冷冻干燥的温度为-120～-50℃，时间为6～48h。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)吸湿性能优异，25℃，80％相对湿度条件下，平衡吸湿量可达到0.53g水/g除湿材料。有利于节省吸附材料，并有利于除湿设备的小型化；

(2)低温再生能力出众，在50℃，40％相对湿度条件下，平衡吸湿量为0.10g水/g除湿材料。

(3)再生温度低，可以利用低品位热能(如工业废热、生活废热等)，相比于传统吸附材料，节能效果显著(传统吸附材料，60％以上的能耗发生在再生阶段，主要原因是由于其较高的再生温度)；

(4)高湿环境下，该吸附剂仍保持良好的稳定性，工作范围广且性能稳定；

(5)该新型吸附剂无毒无腐蚀，且细菌纤维素基体可生物降解；

(6)制备方法简便，且容易成型，便于将吸附材料模块化，并可根据使用条件不同灵活确定尺寸。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为25℃，80％相对湿度条件下，细菌纤维素和聚丙烯酸钠复合材料的动态吸湿曲线；

图2为50℃，40％相对湿度条件下，细菌纤维素和聚丙烯酸钠复合材料的动态脱附曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干调整和改进。这些都属于本发明的保护范围。下列实施例中如无特殊说明的实验方法，均为常规方法。

本发明中，细菌纤维素(BC)：一种具有多孔结构的纤维材料，纤维间距在10μm左右，机械强度较高，出色的吸水性能、机械性能、性价比。

氯化锂、氯化钙、氯化锌为常用无机盐吸湿剂，聚丙烯酸钠、聚磺化苯乙烯钠盐、磺酸聚苯乙烯为常用聚合物电解质吸湿剂。

实施例1

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素(BC)在质量分数分别在0.5％，1％，1.5％的聚丙烯酸钠中浸渍24h后，在-80℃下冷冻干燥40h，得到三组样品。该聚丙烯酸钠重均分子量为5000。

将本实施例制得的BC-PAAS材料在25℃，80％相对湿度条件下进行动态吸湿实验，由图1可知，三组材料的平衡吸湿量分别为0.46g/g，0.49g/g，0.53g/g。然后在50℃，40％相对湿度条件下进行脱附实验，由图2可知，三组材料最终的吸湿量分别为0.102g，0.107g，0.124g，脱附比例分别为78％，78％，77％。

实施例2

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素(BC)在质量分数2％的聚丙烯酸钠中浸渍24h后，在-80℃下冷冻干燥40h，即得。该聚丙烯酸钠重均分子量为10000。

将本实施例制得的BC-PAAS材料在25℃，80％相对湿度条件下进行动态吸湿实验，其平衡吸湿量为0.526g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为81.2％。

实施例3

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数0.05％的聚丙烯酸钠中浸渍36h后，在-120℃下冷冻干燥48h，即得。该聚丙烯酸钠重均分子量为15000。

将本实施例制得的BC-PAAS材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.47g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为84％。

实施例4

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数10％的聚丙烯酸钠中浸渍12h后-50℃下冷冻干燥36h，即得。该聚丙烯酸钠重均分子量为150000。

将本实施例制得的BC-PAAS材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.604g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为85.4％。

实施例5

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数2％的聚乙烯醇中浸渍20h后-60℃下冷冻干燥40h，即得。该聚乙烯醇重均分子量为100000。

将本实施例制得的BC-聚乙烯醇材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.456g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为80.2％。

实施例6

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数1.5％的磺酸聚苯乙烯中浸渍12h后-80℃下冷冻干燥36h，即得。该磺酸聚苯乙烯重均分子量为150000。

将本实施例制得的BC-磺酸聚苯乙烯材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.58g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为82.7％。

实施例7

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数1.8％的氯化锂中浸渍22h后-120℃下冷冻干燥42h，即得。

将本实施例制得的BC-氯化锂材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.465g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为67.4％。

实施例8

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数3％的氯化钙中浸渍40h后-120℃下冷冻干燥24h，即得。

将本实施例制得的BC-氯化钙材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.423g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为66.8％。

实施例9

本实施例涉及一种低温再生除湿材料，其制备步骤如下：

块状细菌纤维素在质量分数1％的氯化锌中浸渍25h后-75℃下冷冻干燥30h，即得。

将本实施例制得的BC-氯化锌材料在25℃，80％相对湿度条件下进行材料平衡吸湿量试验，其平衡吸湿量为0.52g/g；在50℃，40％相对湿度条件下进行材料脱附比例试验，其脱附比例为64.2％。

综上所述，本发明通过高比表面积的基材(细菌纤维素)和吸湿剂复合，制备一种新型具有低再生温度的转轮吸湿材料；制得的产品既可以保持原有的形貌，又具有良好的吸湿与再生性能。其中，与玻璃纤维纸相比，本发明采用细菌纤维素作为基材更加无毒无害，能够保持良好的强度和与盐的亲和力。细菌纤维素本身也具有微米级的孔隙，吸湿剂附着在细菌纤维素的多孔结构中可以提高材料比表面积，从而增加吸湿效果。此外，细菌纤维素表面存在羟基，其本身具有一定的吸湿能力。因此，采用细菌纤维素这种材料作为基材是对以往基材材料的创新和突破。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种低温再生除湿材料，其特征在于，所述材料通过将细菌纤维素在质量分数0.05～10％的吸湿剂溶液中浸渍12～36h后冷冻干燥制备而得；所述吸湿剂为聚合物电解质；所述聚合物电解质为聚丙烯酸钠、聚乙烯醇、磺酸聚苯乙烯中的一种或几种；所述聚合物电解质重均分子量为5000-300000；所述冷冻干燥的温度为-120～-50℃，时间为6～48h。

2.根据权利要求1所述的低温再生除湿材料，其特征在于，所述低温再生吸湿材料中，吸湿剂与细菌纤维素的重量比例为1：0.1～10。

3.根据权利要求1所述的低温再生除湿材料，其特征在于，所述聚合物电解质重均分子量为8000-200000。