[发明专利]一种中空纤维分子筛吸附剂材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工吸附剂技术领域，具体涉及一种中空纤维形态的分子筛吸附剂材料的制备方法。

背景技术

吸附是化学工业、石化工业和制药工业中的一种重要的物质分离方法，它是基于吸附剂对某些特定物质的选择性吸附作用实现物质分离，其中吸附剂性能直接决定吸附分离效率或净化效果，目前常用的吸附剂主要是一些炭材料如活性炭、碳分子筛、碳纳米管和石墨纳米纤维以及各种合成的如沸石分子筛等。

众所周知，吸附传质过程由外扩散、内扩散和表面吸附三部分组成，其中内扩散是影响吸附速率的重要因素，不同结构的吸附剂具有不同的扩散特性，因而吸附速度也不同。相对于新型吸附剂的开发和吸附工艺的更新，吸附剂的成型技术发展较为缓慢，目前工业上应用的吸附剂主要是球形、柱形、片形以及粉状，其中粉状吸附剂的吸附分离效果最好，但是其颗粒较小容易流失，大量使用时床层阻力大，因此粉状吸附剂一般只在一些小规模实验时使用；片形吸附剂表面积较大，但填充床层后空隙较多，容易形成沟流，且在挤压下容易破碎；球形吸附剂具有很高的机械强度，填充的吸附床层空隙均匀，模拟计算和实际使用效果都表明球形吸附剂具有最好的吸附分离效果；柱形吸附剂的加工工艺简单，成本低，因此，很多工业吸附剂都采用短柱形。但无论是柱状或球形吸附剂，为提高吸附效率，对吸附剂的装填都有极高的要求。

如上所述，球形吸附剂相对于其他几种形状具有更好的使用效果，但是在其内部向球心方向的传质阻力较大，这将导致部分吸附性能损失。为减少吸附剂的内扩散阻力，在造粒过程中掺入淀粉，然后通过使用淀粉酶溶液分解颗粒内的淀粉，从而在吸附剂颗粒内部造孔。然而，这样虽然解决了吸附剂内部的传质问题，但也使得吸附剂颗粒强度下降，在一些频繁移动或带有震动、冲击的使用环境下（如车上，飞机上或舰船上）吸附剂会因为震动、冲击引起的碰撞和摩擦而逐渐粉化，导致吸附床层阻力逐渐增大，况且吸附剂粉末会随流动相不断流出床层从而影响分离效果。此外，由于吸附过程一般是将吸附剂颗粒装填在填充柱即固定床吸附器上进行的，吸附剂的装填方式以及吸附床层阻力也将影响吸附器整体的分离性能（改变外扩散特性）。因此，找到一种传质阻力小、强度高的吸附剂结构以及简单可靠的制备方法有着重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种传质阻力小、吸附效率高的中空纤维分子筛吸附剂材料及其制备方法。

本发明提供的中空纤维分子筛吸附剂材料的制备方法，是基于某些有机聚合物溶液中的溶剂与水进行交换从而使聚合物发生相转化并固化成型的原理，利用有机聚合物作为粘结剂，配制含分子筛粉体的聚合物溶液，通过模具挤压到凝胶浴中，经过相转化成型得到分子筛中空纤维，再经过高温煅烧、活化，去除有机物，最终得到可以应用于吸附分离过程的中空纤维分子筛（吸附剂）材料。其具体步骤如下：

（1）配制分子筛--聚合物纺丝浆料

配制聚合物溶液：首先将有机聚合物、分散剂及增塑剂溶解在有机溶剂中，振荡搅拌使其完全溶解，得到聚合物溶液；聚合物溶液中各组分按重量计的组成为，有机聚合物∶有机溶剂∶分散剂∶增塑剂＝1∶3～9∶0～0.5∶0～0.3；优选的组成比例为，有机聚合物∶有机溶剂∶分散剂∶增塑剂＝1∶4～6∶0.2～0.4∶0.1～0.2；

分子筛粉体预处理：将平均粒度为0.01~1 μm的分子筛粉体反复水洗，直至水溶液的pH值在7~9之间，然后用乙醇洗涤，再在100~120°C的温度下烘干；将经过预处理的上述分子筛粉体加入上述聚合物溶液中，充分搅拌，使其完全均匀地分散在聚合物溶液中，得到混和悬浮态的分子筛-聚合物纺丝浆料；其中分子筛粉体可以一次性加入，也可以慢慢地逐渐加入，分子筛粉体与聚合物的重量比为5~15∶1。

其中，所述有机聚合物可选自有机聚合物选自聚砜、聚醚砜、聚碳酸酯、醋酸纤维素聚乙烯醇（缩丁醛）、聚乙烯酯、聚乙烯酮中的一种。  

所述有机溶剂可选自乙醇、N-甲基吡咯烷酮，N,N-二甲基甲酰胺，N,N-二甲基乙酰氨和二甲基亚砜中的一种，或者是其中两种溶剂按任意组成构成的混合溶液。

所述分散剂可选自聚丙烯酸或其盐、聚甲基丙烯酸及聚甲基丙烯酸盐、磷酸酯、聚甲基丙烯酸铵、柠檬酸、苯甲酸及其衍生物、非离子聚合物如聚乙烯砒咯烷酮等当中的一种或两种。

所述增塑剂可选自聚乙二醇、聚丙三醇、甘油及N,N二甲基-月桂酰胺等当中的一种。