SE501730C2 - Förfarande för framställning av ett fuktutbyteselement - Google Patents

Description

501 730 10 15 20 25 30 35 2 brytning och en oscillerande variation i fukt hos den avfuktade luften. bikakestruktur innehåller ett sakta roterande element, Avfuktaren med roterande element med konstruerat av en cylindrisk matris, som har longitudinala passager och adsorbent belagd på ytan av matrisen. Den fuktiga luften och den regenererade varma luften introdu- ceras separat och samtidigt i två olika delar av det rote- rande elementet så att adsorbenten periodiskt desorberas under det kontinuerliga avfuktningsförfarandet. Avfuktaren med roterande element med bikakestruktur har följande för- delar: en lägre tryckgradient över det roterande elemen- tet, en ökad absorberande ytarea per volymsenhet och en snabb och effektiv absorbering-/desorberingsförmåga. Som ett resultat sänks effektförbrukningen, avfuktningseffek- tiviteten förhöjs och driften är enklare när en avfuktare med roterande element med bikakestruktur används jämfört med en fastbäddavfuktare med två torn.

Ett lämpligt roterande element med bikakestruktur för fuktutbyte för att användning i den ovan beskrivna rote- rande avfuktaren bör ha liten värmekapacitet, liten vikt, utmärkta mekaniska egenskaper och hög fuktadsorberings- kapacitet.

Japanska Kokai 55(1980)-142522 beskriver ett för- farande för framställning av ett fuktutbyteselement, vilket omfattar impregnering av ett poröst ark, såsom pap- per, med fuktadsorberande lösning, såsom en vattenhaltig lösning av kalciumklorid, torkning av det impregnerade arket, ihopklistring av det torkade arket med ett våg- skiktsämnesark för att bilda ett laminerat ark, tillklipp- ning av det laminerade arket i önskad längd och laminering av de tillklippta arken ovanpå varandra med klister för att bilda ett kubiskt fuktutbyteselement. I detta för- farande används vågskiktsämnesarket för att öka den meka- niska styrkan i elementet och dess yta är inte belagd med adsorbent. 501 739 10 15 20 25 30 35 4 Denna snabba gelningshastighet påverkar också medelstor- leken på porerna i kiseldioxidhydrogeladsorbenten, som bildas därefter, vilken är ca 20 Å. En fuktadsorbent, som har denna nivå på medelporstorlek har inte en tillfreds- ställande adsorberande kapacitet, vilket orsakar att adsorbenten måste desorberas oftare och inte är lämplig för avfuktning av luft med hög fuktighet. Dessutom gör denna snabba gelningshastighet också den impregnerade pappersremsan svår att halvtorka till en tillräcklig grad för att bilda en korrugerad remsa. Dessutom är pH-värdet på vattenglaset ca 11,5 och därför krävs stora mängder av syra i den syrakatalyserade gelningsreaktionen. Dessutom kommer natriumsalterna, som bildats som biprodukt vid den syrakatalyserade gelningsreaktionen, att belägga papper- sytan, vilket inte bara ökar vikten av den fuktadsorberan- de remsan, utan blockerar porerna på adsorbenten. Detta gör tvättningssteget oundvikligt. Ändå kan natriumsalterna fortfarande finnas kvar på pappersunderlaget efter tvätt- ningen. Resten av natriumsalterna kommer gradvis att föras bort vid adsorbering-/desorberingsförfarandet och påverka avfuktarens livslängd negativt. Dessutom kan kiseldioxid- hydrogelen som bildats på pappersunderlaget, också tvättas bort tillsammans med natriumsalterna under tvättningsför- farandet. Ännu viktigare är att tvättning med vatten är tids- och arbetskrävande och kräver ett stort förråd vat- ten och komplicerade avloppsvattenbehandlingar. Ändamålen med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett förfarande för framställning av ett fuktutbytes- element som eliminerar de nackdelar som påpekats ovan, an- vänder ett färre antal steg än tidigare känd teknik, och som förenklar utförandet samt som ökar mängden adsorbent belagd på underlaget och adsorberingskapaciteten hos den avsatta adsorbenten. 10 15 20 25 30 35 501 730 3 Japanska Kokai 60(l985)-175521 beskriver ett för- farande för framställning av avfuktningselement med ett antal små genomgående hål, i vilket ett element med ett antal av små genomgående hål bildas från papper gjort av organiska och oorganiska fibrer, vari det bildade elemen- tet upphettas under tillförsel av en otillräcklig volym syre för att förkola de organiska föreningarna som finns i elementet och sedan impregneras elementet med avfuktnings- medel, varvid det bildade elementet impregneras med oorga- niskt förstärkande medel före eller efter förkolningen.

Japanska Kokai 63(l988)-175619 beskriver ett för- farande för framställning av en fuktabsorberande remsa, vilket omfattar indränkning av en pappersremsa gjord av pappersmassa och oorganiska fibrer, t ex keramiska fibrer, med vattenglas, halvtorkning av det indränkta papperet, matning av det halvtorkade papperet mellan ett par speci- ella valsar för att forma en korrugerad remsa, indränkning av den korrugerade remsan med en syra för att framställa kiseldioxidhydrogel och sedan tvättning med vatten för att ta bort de bildade salterna, som bildas som biprodukter, och slutligen värmning av den erhållna med kiseldioxid- hydrogel belagda korrugerade remsan för att ta bort vatt- net genom förångning. Ett roterande element med bikake- struktur för fuktutbyte kan formas på en vals genom att linda den räfflade remsan tillsammans med en kiseldioxid- hydrogelbelagd plan remsa, varvid ett klister appliceras på topparna av den korrugerade remsan omedelbart före lindningen för att fästa den plana remsan till den korru- 'gerade remsan.

Många problem uppstod vid genomförandet av förfaran- det enligt japanska Kokai 175 619 och vi fann att proble- men huvudsakligen orsakas av det använda vattenglaset.

Vattenglasets gelningshastighet är t ex alltför hög på grund av en hög halt av natriumjoner. Följaktligen är impregneringslivslängden hos vattenglasbadet kort, och egenskaperna hos det impregnerade papperet kommer att variera efter det att vattenglasbadet har använts en tid. 10 15 20 25 30 35 501 730 5 SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN För att uppnå ändamålen med föreliggande uppfinning, åstadkommes ett förfarande för framställning av ett fukt- utbyteselement omfattande impregnering av ett underlag gjort av organiska eller oorganiska fibrer med en vatten- haltig impregneringslösning omfattande kolloidal kiseldi- oxid, en syra och en metallkatjon; och torkning och gel- ning av impregneringslösningen, som avsatts på det impreg- nerade underlaget. Företrädesvis har elementet en bikake- struktur.

Impregneringslösningen omfattar 5-20 vikt% kolloidal kiseldioxid, 0,25-2,5 vikt% av ett lösligt metallsalt och en tillräcklig mängd syra, vilken bibehåller lösningens pH-värde inom området 5-9.

Torkningen och gelning av impregneringslösningen, som avsatts på det impregnerade underlaget, åstadkommes genom uppvärmning av det impregnerande underlaget vid en tempe- ratur av 100-400°C under en period av 40 min till 8 h. Vid föreliggande förfarande har den vattenhaltiga impregne- ringslösningen med kolloidal kiseldioxid en betydligt lägre halt natriumjoner än vattenglas så inget påtagligt natriumsalt bildas vid kiseldioxidgelningsreaktionen, och på så sätt undviks ett vattentvättningsförfarande. Impreg- neringslösningen har ett pH-värde av ca 9,0 innan syran tillsätts, och därför krävs en betydligt mindre mängd syra för neutralisering än vid vattenglas. Vidare innehåller impregneringslösningen en lämplig halt metallkatjon så att den impregnerande lösningen har förmåga att upprätthålla ett stabilt sol-geltillstånd under en avsevärd tidsperiod vid rumstemperatur. Vid förhöjd temperatur vid torkningen och gelningsförfarandet katalyserar emellertid metalljonen gelningsreaktionen som sker i impregneringslösningen.

Vidare har fuktutbyteselementen framställda med hjälp av föreliggande förfarande ett större förhållande mellan ad- sorbent och underlag än det i vattenglasförfarandet, och adsorbenten som avsatts därpå har en medelporstorlek av ca 60-70 Å. Följaktligen har fuktutbyteselementen enligt före- 501 730 10 15 20 25 30 35 6 liggande uppfinning en förbättrad fuktadsorberings-/desor- beringsförmàga. Vid en av de föredragna utföringsformerna har det upptäckts att det adsorberas 0,7-0,8 g vatten per gram av den avsatta adsorbenten vid en relativ fuktighet av 80%.

“ DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fiberunderlaget, som används i föreliggande för- farande är ett poröst material, som har en densitet före- trädesvis mindre än 0,5 g/cm3. Lämpliga exempel är kera- miska fibrer, kolfibrer, glasfibrer och polymerfibrer vilka kan vara vävda eller ovävda. Underlaget kan vara en plan remsa, som har en tjocklek av 0,10-0,60 mm, en korru- gerad remsa gjord av denna plana remsa, som har en våghöjd av 0,4-2,0 mm och en våglängd av 0,4-4,0 mm eller ett bi- kakeblock eller ett roterande element med bikakestruktur bildat genom lamering av denna plana remsa och denna korrugerade remsa en efter en.

Den korrugerade remsan och bikakeblocket eller det roterande elementet med bikakestruktur kan bildas med hjälp av vilket som helst lämpligt förfarande som är känt inom den tidigare tekniken, t ex de förfaranden som be- skrivits under rubriken Uppfinningens bakgrund. Företrä- desvis bildas den korrugerade remsan genom att låta den plana remsan passera mellan ett par speciella valsar eller en kombination av kugghjulsvals/tandplatta omedelbart följt av applicering av en vattenhaltig kolloidal kiseldi- oxidbindningslösning på den vågformiga ytan och upphett- ning av den belagda remsan vid en temperatur av 80-l20°C under 40-90 min för att torka och fastställa vågformen.

Lamineringen av den korrugerade remsan och den plana rem- san kan utföras genom impregning av den plana remsan med den bindande lösningen, placering av den impregnerade plana remsan på den korrugerade remsan och uppvärmning av den laminerade remsan vid 80-120°C under 40-90 min. Den kolloidala kiseldioxidkoncentrationen i den bindande lös- ningen är 5-25 vikt%, företrädesvis 8-15 vikt%. Om koncen- 10 15 20 25 30 35 501 730 7 trationen är för hög kommer den kolloidala kiseldioxiden att fylla ut porerna på den plana eller korrugerade remsan i en sådan omfattning att förhållandet mellan adsorbenten och underlaget hos det av dessa remsor bildade fuktutby- teselementet minskar. Om koncentrationen är för låg kommer den korrugerade remsan och bikakeblocket eller det rote- rande elementet med bikakestruktur inte ha en tillräcklig mekanisk hàllfasthet. Vid en av de föredragna utförings- formerna beskrivs ett integrerat förfarande för framställ- ning av ett roterande element med bikakestruktur för fukt- utbyte omfattande bildning av en korrugerad remsa genom användning av impregneringslösningen som bindande lösning; impregnering av en plan remsa med impregneringslösningen; upplindning av den korrugerade remsan tillsammans med den impregnerade plana remsan; och uppvärmning av rullen vid 250°C under 3 h. Eftersom endast en kolloidal kiseldioxid- lösning används i detta integrerade förfarande kommer fuktutbyteselementet att ha likformiga egenskaper genom hela strukturen och en stark vidhäftning mellan den korru- gerade remsan och den plana remsan.

Vilka salter som helst, som är lösliga i vattenhaltig lösning och inte påverkar egenskaperna negativt hos det impregnerade underlaget, kan användas för att åstadkomma metallkatjonen i impregneringslösningen. Företrädesvis är salterna oorganiska syrasalter, såsom halogenider, nitra- ter, hydroxider, sulfater och liknande. Den använda metallkatjonen, kan omfatta katjonerna Li, Ca, Al, Mg, Ni, Fe, Zn, Cu och liknande. Bland dem föredras Li och Ca.

Uppfinningen kommer vidare illustreras genom de följande exemplen i vilka delar och procent avser vikt såvida inte något annat sägs. Medelporstorleken har be- stämts genom BET-kväveadsorptionsmetoden med användning av en apparat benämnd Micromeritic Digisorb 2600. Avfukt- ningstesterna utfördes vid 20°C och 79,5 relativ fuktig- het. De följande definitionerna används för att beskriva egenskaperna och fuktadsorptionen hos fuktutbyteselemen- tet: 501 730 10 15 20 25 30 35 adsorbentavsättningsförhållande (ADR), % = [(fuktutbytese1ementets vikt) - (fiberunderlagets vikt)] / (fiberunderlagets vikt) x 100% elementets fuktadsorption (MAE), % = [(e1ementets vikt efter adsorption) - (elementets vikt före adsorption)] / (elementets vikt före adsorption) x 100% adsorbentens fuktadsorption (MAA), % = [(elementets vikt efter adsorption) - (elementets vikt före adsorption)] / [(elementets vikt) - (fiberunderlagets vikt)] x 100% Exempel 1: Framställning av roterande element med bikake- struktur 12,5 kg av en 40% vattenhaltig lösning av kolloidal kiseldioxid (Ludox SM) tillsattes 37,5 kg vatten och om- rördes för att framställa en bindande lösning (lösning A).

En 425,1 g keramisk pappersremsa, som hade en bredd av 30 cm och en tjocklek av 0,5 mm (Kaowool Inc., Japan) placerades på en tandad platta och rullades över med en tandad vals. Lösningen A applicerades sedan på den vàgiga ytan följt av upphettning vid l00°C under 1 h. Den resul- terande korrugerade remsan togs bort från den tandade plattan och mättes till 454,9 g, 0,6 mm våglängd och 0,4 mm våghöjd. Ett likadant keramisk papper som ovan impregnerades med den bindande lösningen A omedelbart följt av upprullning av denna impregnerade remsa till- sammans med den korrugerade remsan, och värmning av rullen vid l00°C under 1 h. Det erhållna roterande elementet med bikakestruktur vägde 920,7 g och hade en diameter av 40 cm. 10 15 20 25 30 35 501 730 9 Exempel 2: Framställning av impregneringslösning och avsättning av adsorbent 1.0 kg LiCl sattes till 1,0 liter vatten och omrördes i 15 min för att bilda en lösning. Denna lösning till- sattes sedan lösningen A, framställd enligt förfarandet i exempel 1, och sedan tillsattes 0,1 N svavelsyralösning tills ett pH-värde av 7,0 erhölls och omrördes sedan i ytterligare 15 min. Det roterande elementet med bikake- struktur, vilket framställts i exempel 1, nedsänktes i den neutraliserade lösningen i 1 h och togs sedan bort från lösningen, lämnades för att torka i rumstemperatur och värmdes i en ugn vid 250°C under 3 h. Det erhållna rote- rande elementet för fuktutbyte vägde 13l6,9 g och dess egenskaper och fuktadsorption redovisas i tabell 1.

Exempel 3: Ändamålet med detta exempel är att illustrera att ett roterande element med bikakestruktur för fuktutbyte kan framställas genom ett integrerat förfarande med användning av impregneringslösningen för att ersätta den bindande lösningen vid framställningen av ett bikakeunderlag, vari- genom detta bikakeunderlag direkt kan användas som ett fuktutbyteselement.

Förfarandet i exempel 1 upprepades förutom att ett 418,5 g keramiskt papper och impregneringslösningen i exempel 2 användes för att framställa en korrugerad remsa (447,8 9), och impregneringslösningen användes också för bindning av en plan remsa med den korrugerad remsan för att bilda ett roterande element med bikakestruktur (ll46,3 g, 40 cm i diameter). Egenskaperna och fuktadsorp- tionen visas i tabell 1.

Exempel 4: Förfarandena i exempel 2 upprepades för framställ- ningen av ett roterande element för fuktutbyte, förutom att den använda mängden LiCl var 0,5 kg. Dess egenskaper och fuktadsorption redovisas i tabell 1. 501 730 10 15 20 25 30 35 10 Exempel 5: Förfarandena i exempel 2 upprepades för framställ- ningen av ett roterande element för fuktutbyte, förutom att den använda mängden LiCl var 2,0 kg. Dess egenskaper och fuktadsorption redovisas i tabell 1.

Kontrollexempel 1: Förfarandena i exempel 2 upprepades för framställ- ningen av ett roterande element för fuktutbyte, förutom att inget LiCl användes. Dess egenskaper och fuktadsorp- tion redovisas i tabell 1.

Kontrollexempel 2: I 48 liter vatten tillsattes 3 kg vattenglas och omrördes grundligt och sedan tillsattes en vattenhaltig LiCl-lösning, framställd genom att lösa 1,0 kg LiCl i 1,0 liter vatten, och omrördes i 15 min. Ett 931,2 g framställt enligt förfarandet i exempel 1, nedsänktes i vattenglaslösningen roterande element med bikakestruktur, i 1 h, sedan tillsattes 0,1 N svavelsyra och omrördes tills pH-värdet nådde 7,0. Det roterande elementet togs bort från lösningen innan lösningen blev gelad. Hjulet lämnades att torka i rumstemperatur och stoppades i en ugn under 3 h vid 250°C. Det erhållna torra, roterande elemen- tet vägde l286,3 g, och dess egenskaper och fuktadsorption redovisas i tabell 1. Impregneringslösningen i förelig- gande exempel har en snabb gelningshastighet och den är inte längre användbar efter gelning.

Kontrollexempel 3: Förfarandena i kontrollexempel 2 upprepades förutom att det inte fanns något LiCl i impregneringslösningen.

Egenskaperna och fuktadsorptionen redovisas i tabell 1.

Impregneringslösningen i detta exemplet gelatinerades inom en period av 30 min och var inte längre användbar. 10 15 20 25 30 35 501 730 ll Exempel 6: Förfarandena i exempel 2 upprepades förutom att im- pregneringslösningen förvarades i rumstemperatur i 5 dagar före impregnering av underlaget. Resultaten visas i tabell 2.

Exempel 7: ¿ Förfarandena i exempel 5 upprepades förutom att im- pregneringslösningen förvarades i rumstemperatur under 3 dagar före impregneringen av underlaget. Resultaten visas i tabell 2.

Kontrollexempel 4: Förfarandena i kontrollexempel 1 upprepades förutom att impregneringslösningen förvarades i rumstemperatur under 5 dagar före impregneringen av underlaget.

Resultaten visas i tabell 2.

Kontrollexempel 5: Förfarandena i kontrollexempel 2 upprepades förutom att impregneringslösningen förvarades i rumstemperatur under 3 dagar före impregnering av underlaget. Resultaten visas i tabell 2.

Kontrollexempel 6: Förfarandena i kontrollexempel 3 upprepades förutom att impregneringslösningen förvarades i rumstemperatur under 1 h före impregneringen av substratet. Resultaten visas i tabell 2. 501 730 10 15 20 25 30 35 12 TABELL 1 ADR,% MAE,% MAA,% medelporstorlek, Å Exempel 2 53,1 18,5 53,4 67 Exempel 3 28,0 16,9 77,3 67 Exempel 4 50,0 23,6 70,8 65 Exempel 5 58,5 28,3 76,7 66 Kontrollexempel 1 49,8 6,0 17,9 49 Kontrollexempel 2 47,8 11,7 36,3 23 Kontrollexempel 3 50,0 13,4 42,0 20 TABELL 2 ADR,% MAE,% MAA,% Exempel 6a) 45,2 17,1 55,1 Exempel va) 48, s 24, s 75, 9 Kontrollexempel 4a) 39,8 6,3 22,3 Kontrollexempel 5b) -- -- -- Kontrollexempel 6b) -- -- -- a) Impregneringslösningen gelatinerades inte och var fortfarande användbar efter förvaring. b) Impregneringslösningen gelatinerades och var inte längre användbar efter förvaring.

Det framgår klart av värdena i tabell 1 och 2 att föreliggande förfarande är överlägset vattenglasför- farandet med avseende på fuktadsorptionen och lagrings- stabiliteten.

Exempel 8-15: Förfarandena i exempel 2 upprepades förutom att de använda impregneringslösningarna hade olika kompositioner.

Förhållandena och resultaten visas i tabell 3, vari impregneringslösningen i exempel 8 använde 25 kg 40% vattenhaltig lösning av kolloidal kiseldioxid (Ludox SM) i stället för 12,5 kg; exempel 9-13 använde LiOH, LiN03 10 15 20 25 30 35 501 730 13 CaCl2, Al2(SO4)3 respektive CuSO4 i stället för LiCl; exempel 14 och 15 använde en impregneringslösning, som hade ett pH-värde av 6,0 respektive 8,3.

TABELL 3 8 9 10 11 12 13 14 15 MAE, % 28,0 22,3 25,0 37,0 22,8 20,1 27,5 34,4

Claims (7)

501 730 10 15 20 25 30 35 14 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av ett fuktutbytes- element omfattande impregnering av ett underlag gjort av organiska eller oorganiska fibrer med en vattenhaltig impregneringslösning innehållande kiseldioxid, k ä n - n e t e c k n a t av att den vattenhaltiga impregnerings- lösningen inbegriper 5-20 vikt% kolloidal kiseldioxid, 0,25-2,5 vikt% metallsalt, vilket är lösligt i vatten, och en syra i en tillräcklig mängd för att hålla pH-värdet vid 5-9, och att impregneringslösningen, som avsatts på det impregnerade underlaget, torkas och gelas vid en förhöjd temperatur.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att metallsaltet är halogenid, nitrat, hydroxid eller sulfat.

3. Förfarande enligt krav 2, av att metallsaltet är Li-, Ca-, Al-, Mg-, Ni-, Fe-, Cu- eller Zn-salt. k ä n n e t e c k n a t

4. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att syran är en oorganisk syra.

5. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att torkningen och gelningen utförs vid en temperatur av 100-400°C under 40 min till 8 h.

6. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att underlaget är en bikakestruktur bildad genom lami- nering av en korrugerad remsa, som har en våghöjd av 0,4-2,0 mm och en våglängd av 0,4-4,0 mm, och en plan rem- sa, som har en tjocklek av 0,10-0,60 mm.

7. Förfarande för framställning av ett roterande ele- ment med bikakestruktur för fuktutbyte omfattande press- ning av en plan fiberremsa för att bilda en korrugerad form; applicering av en vattenhaltig impregneringslösning på den korrugerade ytan; uppvärmning av den belagda remsan för att få den att stelna i den korrugerade formen; impregnering av en annan plan fiberremsa med impregne- 10 15 20 25 30 35 501 730 15 ringslösningen, omedelbart följt av upprullning av den impregnerade plana remsan tillsammans med den korrugerade remsan för att bilda ett roterande element med bikake- struktur; och uppvärmning av elementet med bikakestruktur för att torka och gela impregneringslösningen däri, k ä n n e t e c k n a t av att impregneringslösningen inbegriper 5-20 vikt% kolloidal kiseldioxid, 0,25-2,5 vikt% metallsalt, vilket är lösligt i vatten, och en syra i en tillräcklig mängd för att hålla pH-värdet vid 5-9.