稀土改性分子筛除湿吸附剂纸片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种稀土改性分子筛除湿吸附剂纸片及其制备方法，包括：将粉体分子筛浸渍在含酸性稀土溶液中，经离子交换、过滤、干燥并焙烧得稀土改性分子筛。超声下将稀土改性分子筛分散在硅溶胶中得悬浮液，将陶瓷纤维纸浸入，待完全润湿后，取出、晾干并干燥，得稀土改性分子筛除湿吸附剂纸片。该改性分子筛纸片吸附量较高，再生温度较低，可加工成蜂窝状，适用于不同湿度、和／或不同温度环境状况下的吸附式转轮除湿及热回收。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分子筛吸附剂，特别涉及稀土改性除湿吸附剂纸片的制备方法，属于 气体吸附式干燥净化及热回收技术
技术介绍
陶瓷纤维纸与除湿吸附剂有机结合构筑而成的蜂窝状块体吸附剂，可作为除湿转 芯，应用于吸附式除湿转轮及全热回收系统中。作为除湿转芯的吸附剂主要有硅胶、分子筛 等。硅胶有较好的吸附量，再生温度较低(150°C)，其缺点是在低湿度或较高温度下吸附量 小；分子筛由于具有均勻微孔分布、巨大比表面积、内表面高度极化、晶穴内有较强的静电 场，以及可以通过静电诱导使分子极化等特性，使其对极性分子如水分子有很强的亲和力， 在空气含水量较低及温度较高时具有较大的吸附能力，它能对含湿空气进行深度除湿(其 空气露点温度达-60°C以上)，在航空、航天、电子、电池、生物工程、医药工程、塑料加工、采 矿等需要低湿度环境的领域具有广阔的应用前景。然而，由于其孔径小(几个A° )，对水 分子毛细作用大，当吸附饱和后，其脱附十分困难，通常其再生(脱附)温度250°C以上，需 要消耗大量的热能。为此，如何在保证分子筛除湿性能优异的前提下，对分子筛进行改性，改善其脱附 性能，是本专利技术需着重解决的问题。本专利技术利用稀土元素弱成键的性质，以及分子筛可交换离子(主要为骨架外碱金 属离子及少量铝离子)的特点，对分子筛进行改性，由于稀土离子对分子筛中的碱金属离 子或骨架铝离子的部分交换，使得改性分子筛对水分子极性作用减弱，从而降低其脱附活 化能，即降低分子筛脱附温度。形成的稀土改性分子筛作为除湿吸附剂，应用于除湿净化领 域，以改善分子筛脱附性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种吸附量较大，再生温度较低，稀 土改性分子筛除湿吸附剂纸片的制备方法，得到的吸附剂可用于不同湿度、和/或不同温 度环境状况下的转轮除湿及热回收。本专利技术的目的通过如下技术方案实现—种稀土改性分子筛除湿吸附剂纸片的制备方法，包括以下步骤(1)将稀土氧化物加入到盐酸中，经搅拌溶解得酸性稀土盐溶液；加水稀释，并用 氨水调节pH值至3 6. 5，控制稀土盐质量浓度为1 10% ；所述稀土氧化物为镧系氧化 物；(2)搅拌下将稀土盐溶液质量10 30%的分子筛粉体加入到步骤(1)的酸性 稀土盐溶液中，得悬浮液，升温至50 70°C，1 3hr后将悬浮液进行抽虑、晾干，分别在 120 170°C烘箱干燥、400 650°C马弗炉焙烧1 3hr，经自然冷却得稀土改性分子筛；(3)将步骤(2)制备的稀土改性分子筛加入到硅溶胶中，稀土改性分子筛用量为3硅溶胶质量的10 50%，超声搅拌得均勻悬浮液，将陶瓷纤维纸浸入，待其完全润湿，取 出、晾干并220 250°C热风干燥，得稀土改性分子筛除湿吸附剂纸片。为进一步实现本专利技术目的，所述镧系氧化物为氧化镧、氧化铈、氧化镨、氧化钕、氧 化钷、氧化钐和/或氧化铕。所述氨水摩尔浓度优选为1 3mol/L。所述分子筛粉体为具有除湿或干燥性能的A、X及Y型分子筛粉体，平均粒径优选 为3 10 μ m。所述硅溶胶平均粒径优选为10 50nm，质量浓度优选为10 30%。一种稀土改性分子筛除湿吸附剂纸片，由上述方法制备。步骤(3)中，所述超声搅拌的超声波为30-300%，频率为40-59KHZ。本专利技术步骤(1)中，所述稀土盐浓度为1 10%质量。稀土浓度太低，稀土离子交 换量少，改性效果(降低脱附温度及活化能)较差；浓度太高，则离子交换量太大，对除湿性 能影响较大。较好的稀土盐浓度为3% 6%质量。所述稀土溶液的pH值为3 6. 5，溶液 PH值低，酸性大，对分子筛的结构破坏严重，改性后的分子筛除湿性能降低；溶液pH值高， 稀土离子水解易产生沉淀。较好的稀土溶液pH值为4 6。步骤(2)中，分子筛为工业上大量用作干燥剂的合成分子筛，如A型(3A、4A、5A)、 Y型及和13X型分子筛等。从吸附量、可交换离子数来看，采用钠型分子筛、X型分子筛效果 较好。分子筛以粉体方式存在，一方面有利于分子筛与稀土进行离子交换，另一方面，有利 于分子筛在陶瓷纤维纸中的沉积。分子筛粉体平均粒径为1 10 μ m，粒径小有利于沉积但 易发生团聚，粒径大，颗粒分散不均勻，易沉积在底部。较好的粒径分布为3 5 μ m，为了提 高分子筛在硅溶胶的分散稳定性，外加超声场。分子筛加入量占稀土盐溶液的10 30%质 量(对于离子交换，分子筛为不足量)，在固定盐浓度下，分子筛量少，稀土离子在改性分子 筛中含量多，不利于吸附，分子筛量多，稀土离子在改性分子筛中含量少，不利于脱附。较好 的效果为分子筛加入量占稀土盐溶液的15 20%质量。浸渍稀土盐溶液后的分子筛经干 燥后，需要在马弗炉中焙烧，使稀土盐转化为稀土氧化物沉积在分子筛的表面及孔隙，同时 对分子筛进行活化，去除其它杂质。焙烧温度在400 650°C。温度低，稀土氧化不完整、分 子筛活化不彻底；焙烧温度高，会破坏分子筛的孔径(孔径变小、致密化)及孔容，影响其吸 附性能。适宜的温度范围为450 550°C。同时，为了使稀土较好的分散在分子筛表面及孔 隙，且不产生开裂现象，焙烧最好在程控升温炉中进行，如快速升温到450°C、停留30min、 后2hr缓慢升温550°C、再保温2小时，然后自然冷却到室温即可。所述步骤(3)中硅溶胶为弱碱性胶体(pH值在8. 5 9. 5)，使用时，最好是新鲜 制备的产品，时间过长，溶胶粒径增大。硅溶胶平均粒径优选为15 25nm，其浓度优选为 10 25%。硅溶胶浓度过低，其粘度较小，在陶瓷纤维上粘接的分子筛的量小，吸附量小； 而过高的硅溶胶浓度，会导致陶瓷纤维纸片表面的硅溶胶增多，会部分堵筛分子筛孔隙，从 而影响吸附剂纸片的吸附性能。随着稀土改性分子筛粉体的添加量增加，吸附剂的吸附量 增加，但过多的分子筛需要更强的粘合力，使陶瓷纤维纸片上的分子筛发生掉粉等现象。其 用量优选为占硅溶胶质量的15 30%质量。本专利技术采用粉体分子筛浸渍稀土溶液经离子交换、焙烧得稀土改性分子筛；超声 下将陶瓷纤维纸浸渍在经稀土改性的分子筛硅溶胶悬浮液中，使改性分子筛均勻沉积在陶瓷纤维的空隙及表面，再经洗涤、烘干处理，从而合成出高吸附量，较低再生温度的稀土改 性分子筛吸附剂纸片；所制备的吸附剂纸片可加工形成除湿转轮应用于吸附式除湿转轮或 全热回收器。采用本专利技术方法基于以下工作原理以陶瓷纤维纸为基材，通过浸渍沉积及方法，将吸附剂均勻分散在陶瓷基体的表 面及空隙上，吸附剂与陶瓷纤维作用强，形成的吸附剂反复再生时，可将热量部分转移到耐 高温的陶瓷纤维纸上，即可提高吸附剂的使用寿命。通过稀土离子掺杂的方法，对分子筛进行改性，一方面分子筛骨架外的配电离子 (碱金属)具有可交换性能，另一方面稀土元素配位数的可变性决定了它们具有剩余的原 子价，而4f轨道居于内层，成键能力较弱。利用稀土元素弱成键的结构特点以及分子筛碱 金属离子可交换性能，对分子筛进行改性，可以降低脱附反应的活化能，即降低脱附温度， 从而达到改性目的。采用硅溶胶作分子筛粉体的分散剂和粘合剂，是因为其分散效果好(见专利ZL 20061023763. 0)，外加超声场，便于改性分子筛更好的分散于硅溶胶中。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果(1)无论本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
一种稀上改性分子筛除湿吸附剂纸片的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)将稀土氧化物加入到盐酸中，经搅拌溶解得酸性稀土盐溶液；加水稀释，并用氨水调节pH值至3～6.5，控制稀土盐质量浓度为1～10％；所述稀土氧化物为镧系氧化物；(2)搅拌下将稀土盐溶液质量10～30％的分子筛粉体加入到步骤(1)的酸性稀土盐溶液中，得悬浮液，升温至50～70℃，1～3hr后将悬浮液进行抽虑、晾干，分别在120～170℃烘箱干燥、400～650℃马弗炉焙烧1～3hr，经自然冷却得稀土改性分子筛；(3)将步骤(2)制备的稀土改性分子筛加入到硅溶胶中，稀土改性分子筛用量为硅溶胶质量的10～50％，超声搅拌得均匀悬浮液，将陶瓷纤维纸浸入，待其完全润湿，取出、晾干并220～250℃热风干燥，得稀土改性分子筛除湿吸附剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：方玉堂，郭敬花，李大艳，高学农，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81