专利名称：高吸附性多孔二氧化硅吸附剂及其制备方法与应用的利记博彩app
技术领域：
本发明属吸附式气体干燥净化技术，特别涉及一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂 及其制备方法与应用。
背景技术：
吸附式气体干燥净化技术因在低品位能源利用和环境保护方面的优势显著而成 为可持续性发展的技术之一。在吸附式气体干燥净化技术中，吸附剂是决定吸附装置性能 的关键。吸附器按种类可分为固定床吸附器和旋转吸附器。用于固定床吸附器的吸附剂 材料主要为多孔介质，如硅胶、铝胶、分子筛等，但硅胶、铝胶抗压碎强度低，遇水易炸裂、破 碎，使干燥塔压力降上升，进而会堵塞管道；分子筛的吸附性能好，但再生温度高。用于旋转 吸附器中的吸附剂材料既包括多孔介质，又包括高吸湿性能的无机盐，如硅胶和分子筛、氯 化锂等，虽然氯化锂的吸附性好，再生温度较低(120°C )，但吸湿后逸出液体会腐蚀周边金 属设备；分子筛适合于低露点深度除湿，但再生温度高(250°C以上)；硅胶性能介于二者之 间，适用于常规除湿(粗孔硅胶)和低露点深度除湿(细孔硅胶)，但对于深度除湿效果并 不显著，且现有深度除湿装置存在着在低湿度范围内除湿效率低，设备体积大，能耗高等问 题。
发明内容
本发明的首要目的在于克服现有吸附剂材料再生温度高、在低湿范围除湿量小以 及除湿能力低等的缺点，提供一种具有高吸附量和低再生温下仍具有高解吸性能的高吸附 性多孔二氧化硅吸附剂的制备方法。本发明的另一目的在于提供通过所述制备方法得到的高吸附性多孔二氧化硅吸 附剂。本发明的再一目的在于提供所述高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的应用。本发明的目的通过下述技术方案实现一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的制备 方法，包含以下步骤(1)将聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于水中，再加入酸，得到水/酸/PVP溶液；(2)在水/酸/PVP溶液中加入硅醇盐，得到溶胶，接着凝胶化、干燥、焙烧，得到高 吸附性多孔二氧化硅吸附剂；其中，硅醇盐与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1 6 1配制，更优选为按质量比 1 1 3配制；水、酸和聚乙烯吡咯烷酮按质量比按(68 87) (10 25) (1 7) 配制，更优选为按质量比按(73 87) (15 25) (2 5)配制；步骤(1)中所述的酸为质量百分比为37%的盐酸；步骤⑵中所述硅醇盐为有机硅酸酯，更优选为正硅酸甲酯(TMOS)或正硅酸乙酯 (TEOS)中的一种或两种；所述溶胶的获得方式优选为将硅醇盐滴加到水/酸/PVP溶液中，于30 45°C搅拌16 24小时；所述凝胶化的条件优选为60 90°C凝胶化48 72小时所述干燥的条件按优选为80 100°C干燥24小时；所述焙烧的条件优选为程序升温到400 550°C焙烧3 6小时，升温速度为 0. 5°C / 分钟；一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂，由上述制备方法得到；其表面积大于 300m2 · g4，在相对湿度为95%时水分吸附量可达60% ；所述高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的应用；将其用于制造气体干燥净化领域的旋 转吸附器，包括如下步骤将所述制备方法步骤(2)中的溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经凝胶 化、干燥、焙烧处理制成固体多孔二氧化硅除湿轮转芯；所述凝胶化的条件优选为60 90°C凝胶化48 72小时；所述干燥的条件优选为80 100°C干燥24小时；所述焙烧的条件优选为程序升温到400 550°C焙烧3 6小时，升温速度为 0. 5°C / 分钟。本发明与现有技术相比具有如下优点和效果(1)吸附量大本发明采用廉价易得的弱碱性PVP作模板，制备的高吸附性多孔二 氧化硅吸附剂不仅比表面积大于300m2 ·Ρ，而且可使该吸附剂表现出与常规材料不同的表 面物理化学性质，使得饱和吸附量比申请号为02114731.0公开的高吸附性硅酸钛吸附剂 提高50%，比Α4分子筛提高3倍，使用此种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的除湿轮具有较 低的转速，相应的转动除湿轮的能量要求低及传输能损失小。(2)吸附/解吸速率快本发明制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂孔径范围为 3 8nm，介于粗孔(8 lOnm)硅胶和细孔硅胶(2 3nm)之间，孔径尺寸是水分子平均直 径0. 4nm的十多倍。该尺寸孔道比细孔硅胶更易脱水更高的吸附量，比粗孔硅胶有更强的 毛细凝聚能力，使该高吸附性多孔二氧化硅吸附剂具有更高的吸附量和吸附/解吸速率， 且再生温度在85 90°C范围，减少了对设备尺寸和对能量的要求，节能节材效果显著。
图1为实施例1制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的N2-吸附脱附等温曲线。图2是从图1计算获得的孔径分布曲线。图3是实施例1制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的透射电镜(TEM)照片。图4是实施例1、3、5制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂在25°C时的水分吸附等 温曲线。图5是实施例1制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂与硅酸钛、硅胶、4A分子筛在 25°C时水分吸附等温曲线的比较图。图6是实施例1、3、5制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂在25°C相对湿度0. 6% 时的水分吸附速率曲线。图7是实施例1、3、5制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂在87°C相对湿度为 0.6%时的解吸速率曲线。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。实施例1(1)将3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在87g水中，加15g浓盐酸(质量百分比为 37% )调节溶液酸度，得到水/酸/PVP溶液；(2)往水/酸/PVP溶液中滴加3g正硅酸乙酯(TEOS)，于35°C下搅拌24小时得 溶胶，在80°C下凝胶化48小时，95°C干燥24小时，烘干的样品被程序升温到500°C下煅烧 3小时，升温速度0. 5°C /分钟，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂。N2-吸附脱附测定其比 表面积和孔径分布，测定采用通用的N2-吸附脱附仪，测定前吸附剂在200°C真空处理10小 时；用N2-吸附脱附仪自带软件计算得到BET比表面积和BJH孔径分布。透射电子显微镜 观察多孔结构，操作电压200kV。水分吸附法测定所述吸附剂的吸附量和吸附/解吸速率， 测定采用通用的质量法水分吸附仪，测定前样品在200°C真空处理到质量不再变化。(3)将上述溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经80°C凝胶化48小时，于95°C干燥24小时， 程序升温到500°C焙烧3小时，升温速率为0. 5°C /分钟，制成固体多孔二氧化硅除湿轮转
-I-H心。实施例2(1)将Ig聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在84g水中，加IOg浓盐酸(质量百分比为 37% )调节溶液酸度，得到水/酸/PVP溶液；(2)往水/酸/PVP溶液中滴加6g正硅酸甲酯(TMOS)，于35°C下搅拌24小时得溶 胶，在75°C下凝胶化56小时，85°C烘干，烘干的样品被程序升温到550°C下煅烧3小时，升 温速度0. 5°C /分钟，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂。比表面积、孔径分布、孔结构观 察、吸附量和吸附/解吸速率测定方法同实施例1。(3)将上述溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经75°C凝胶化56小时，于85°C干燥，程序升温 到550°C焙烧3小时，升温速率为0. 5°C /分钟，制成固体多孔二氧化硅除湿轮转芯。实施例3(1)将4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在76g水中，加20g浓盐酸(质量百分比为 37% )调节溶液酸度，得到水/酸/PVP溶液；(2)往水/酸/PVP溶液中滴加8g正硅酸乙酯(TEOS)，于35°C下搅拌20小时得溶 胶，在80°C下凝胶化48小时，100°C烘干，烘干的样品被程序升温到500°C下煅烧4小时，升 温速度0. 5° /分钟，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂。比表面积、孔径分布、孔结构观 察、吸附量和吸附/解吸速率测定方法同实施例1。(3)将上述溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经80°C凝胶化48小时，于100°C干燥，程序升 温到50(TC焙烧4小时，升温速率为0. 5°C /分钟，制成固体多孔二氧化硅除湿轮转芯。实施例4(1)将7g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在68g水中，加25g浓盐酸(质量百分比为 37% )调节溶液酸度，得到水/酸/PVP溶液；(2)往水/酸/PVP溶液中加入IOg正硅酸甲酯(TMOS)，于40°C下搅拌24小时得 溶胶，在90°C下凝胶化48小时，85°C烘干，烘干的样品被程序升温到450°C下煅烧6小时，升温速度0. 5°C /分钟，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂。比表面积、孔径分布、孔结构观 察、吸附量和吸附/解吸速率测定方法同实施例1。(3)将上述溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经90°C凝胶化48小时，于85°C干燥，程序升温 到450°C焙烧6小时，升温速率为0. 5°C /分钟，制成固体多孔二氧化硅除湿轮转芯。实施例5(1)将3g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在70g水中，加18g浓盐酸(质量百分比为 37% )调节溶液酸度，得到水/酸/PVP溶液；(2)往水/酸/PVP溶液中加入9g正硅酸乙酯(TEOS)，于40°C下搅拌18小时得溶 胶，在70°C下凝胶化72小时，100°C烘干，烘干的样品被程序升温到400°C下煅烧4小时，升 温速度0. 5°C /分钟，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂。比表面积、孔径分布、孔结构观 察、吸附量和吸附/解吸速率测定方法同实施例1。(3)将上述溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经70°C凝胶化72小时，于100°C干燥，程序升 温到40(TC焙烧4小时，升温速率为0. 5°C /分钟，制成固体多孔二氧化硅除湿轮转芯。测试结果对上述所有实施例制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂进行N2-吸附脱附测定， 结果显示比表面积为450 500m2 · 孔径分布为3 8nm。TEM照片显示所述吸附剂内 部存在大量“虫洞”样介孔，孔径范围与N2-吸附脱附测定结果基本一致，另外还观察到大量 微孔结构，见图1 3。图4是实施例1、3、5制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂在25°C时的水分等温吸 附曲线。由图可以看出吸附剂在0.6% 30%的低相对湿度下仍然有较高吸水率，相对湿 度为30%时，实施例1、3、5制备的所述吸附剂的吸水率都可达15%。所有所述吸附剂在相 对湿度为95%时的最大吸水率都可达60%，是4A分子筛(上海博晶)最大吸水率的3倍， 比申请号为02114731. 0专利所述实施例1制备的硅酸钛和硅胶(细孔硅胶，青岛基亿达) 的饱和吸水率高约50%，见图5。图6为实施例1、3、5制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂在25°C相对湿度0. 6% 时的吸附速率曲线。所有所述吸附剂达到饱和吸附的用时基本相同，即使0. 6%极低相对湿 度下，所述吸附剂在20分钟内即可达到饱和吸附。图7是实施例1、3、5制备的高吸附性多 孔二氧化硅吸附剂在87°C时的解吸速率曲线。所有所述吸附剂在87°C相对湿度为0. 6% 时，15分钟内完成解吸。从节能的角度，在热源提供的热量中有用能增大，提高了能量利用 效率。综上所述利用本发明方法所制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂具有优良的吸附性 能。采用本发明方法所制备的高吸附性多孔二氧化硅吸附剂材料可使吸附器尺寸减小，再 生温度降低，节能节材效果显著。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的制备方法，其特征在于包含以下步骤(1)将聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，再加入酸，得到水/酸/聚乙烯吡咯烷酮溶液；(2)在水/酸/聚乙烯吡咯烷酮溶液中加入硅醇盐，得到溶胶，接着凝胶化、干燥、焙烧，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂；其中，硅醇盐与聚乙烯吡咯烷酮按质量比1～6∶1配制；水、酸和聚乙烯吡咯烷酮按质量比按(68～87)∶(10～25)∶(1～7)配制；所述的酸为质量百分比为37％的盐酸；所述硅醇盐为有机硅酸酯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述硅醇盐与聚乙烯吡咯烷酮按 质量比1 1 3配制；所述水、酸和聚乙烯吡咯烷酮按质量比按(73 87) (15 25) (2 5)配制。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述硅醇盐为正硅酸甲酯或正硅酸 乙酯中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述溶胶的获得方式为将硅醇盐滴 加到水/酸/PVP溶液中，于30 45°C搅拌16 24小时。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述凝胶化的条件为60 90°C凝胶 化48 72小时。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述干燥的条件为80 100°C干燥 24小时。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述焙烧的条件为程序升温到 400 550°C焙烧3 6小时，升温速度为0. 5°C /分钟。
8.一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂，由权利要求1 7任一项所述制备方法得到。
9.权利要求8所述高吸附性多孔二氧化硅吸附剂的应用，其特征在于将所述高吸附 性多孔二氧化硅吸附剂用于制造气体干燥净化领域的旋转吸附器，包括如下步骤将高吸 附性多孔二氧化硅吸附剂制备过程中所形成的溶胶浸渍在陶瓷转芯上，经凝胶化、干燥、焙 烧处理制成固体多孔二氧化硅除湿轮转芯。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于所述凝胶化的条件为60 90°C凝胶化 48 72小时；所述干燥的条件为80 100°C干燥24小时；所述焙烧的条件为程序升温到400 550°C焙烧3 6小时，升温速度为0. 5°C /分钟。
全文摘要
本发明公开一种高吸附性多孔二氧化硅吸附剂及其制备方法与应用。本发明是将聚乙烯吡咯烷酮溶解于水中，再加入酸，得到水/酸/聚乙烯吡咯烷酮溶液；接着入硅醇盐，得到溶胶，再凝胶化、干燥、焙烧，得到高吸附性多孔二氧化硅吸附剂。该吸附剂的表面积大于300m2·g-1，在相对湿度为95％时水分吸附量可达60％，孔径为3～8nm，介于粗孔硅胶和细孔硅胶之间。本发明所述的吸附剂比细孔硅胶更易脱水更高的吸附量，比粗孔硅胶有更强的毛细凝聚能力，具有更高的吸附量和吸附/解吸速率，且再生温度为85～90℃，减少了对设备尺寸和对能量的要求，节能节材效果显著。本发明的吸附剂适合用于制造气体干燥净化领域的旋转吸附器。
文档编号B01D53/06GK101962192SQ201010286248
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者丁静, 彭舒军, 杨建平, 杨晓西, 蒋赣, 魏小兰 申请人:华南理工大学;中山大学