[发明专利]微纤包覆分子筛颗粒的复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及分子筛复合材料及其制备的技术领域，特别涉及微纤包覆分子筛颗粒的复合材料及其制备方法。

背景技术

分子筛是硅铝四面体形成的三维硅铝酸盐金属结构的晶体，是一种孔径大小均一的强极性吸附剂，选择性吸附分离能力强且具有吸附、催化反应和离子交换的特性。近一个世纪以来，大量科研工作者致力于研究可应用于吸附分离和催化领域的分子筛。目前已经成功合成出来的分子筛主要有A型（NaA）、MFI型（ZSM-5,silicate-1）、FAU型（NaX、NaY）、MOR型、CHA型（SAPO34）、P型、ETS-4型等。其中A型分子筛由于硅铝酸四面体内铝含量最高，因而对水和极性的分子有很高的吸附选择性，在工业上常作为除湿剂和净化剂。X型和Y型分子筛是八面沸石型分子筛，对石油、液化石油气、天然气中某些硫组分具有选择性吸附的特性，因而常用作脱硫剂。另外，由于X型和Y型分子筛的孔径较大，通常在0.8纳米左右，因而也很适合作为催化裂化催化剂。ZSM-5分子筛可以作为催化剂的载体，通过离子交换法或者浸渍法将一些金属元素负载在ZSM-5分子筛上，可以使其具有优异的催化活性，应用于可挥发性化合物催化燃烧或者苯酚的湿式氧化催化中。

虽然分子筛是一种非常重要和性能优良的吸附剂和催化剂，但是也存在着耐热稳定性、抗酸碱能力、化学稳定性、机械强度和耐磨损性较差的不足。特别是实际使用过程中，分子筛作为固定床吸附催化反应器中的填料时，由于固定床反应器普遍存在传热差的缺点，反应放热量很大的时候，可能出现反应温度急剧上升而超过允许范围的情况，而导致分子筛的结构被破坏，会严重影响吸附催化性能。同时由于流体在固定床内流动，分子筛颗粒填料会出现相互挤压摩擦的问题，致使分子筛颗粒发生磨损，造成材料的损耗，会提高实际应用成本。另外，由于流体通过颗粒填充固定床时产生较大的压降，也会影响吸附和催化反应效率。

为了解决上述问题，美国Auburn大学(U.S.Patents NO.5,304,330；NO.5,080,963；NO.5,102,745；NO.5,096,663和NO.6,231,792)在90年代发明了一种具有三维网状结构的烧结纤维复合材料及其制备方法。华东师范大学路勇和华南理工大学张会平等人（中国申请号200510028873.4，公开号CN1762909A；申请号200610025844.7，公开号CN1836779A；申请号200710026410.3，公开号CN101007270A；申请号201210213680.6，公开号CN102728399A；申请号201110376722.3，公开号CN102512978A）制备了玻璃纤维、陶瓷纤维及金属纤维包覆SiO₂、Al₂O₃及活性炭颗粒的复合材料，在金属纤维载体表面上合成分子筛膜，但是合成分子筛膜所采用的工艺方法较为复杂，且耗时长，合成的分子筛膜机械强度较差，容易出现破损，在实际应用可能难以维持吸附/催化性能，使用范围非常有限。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种微纤包覆分子筛颗粒的复合材料，机械性能好，能够减少分子筛的磨损，降低使用成本。

本发明的另一目的在于提供上述微纤包覆分子筛颗粒的复合材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

微纤包覆分子筛颗粒的复合材料，包含微米级直径的纤维和微米尺度的分子筛颗粒，所述微米尺度的分子筛颗粒被均匀包覆在微米级直径的纤维形成的三维网状结构中。

所述纤维为陶瓷纤维或金属纤维。

所述分子筛颗粒为A型、MFI型、MOR型、P型或ETS-4型分子筛颗粒。

所述分子筛颗粒为A型、MFI型、MOR型、P型或ETS-4型分子筛通过离子交换或者浸渍法得到的改性分子筛颗粒。

所述分子筛颗粒为负载有催化剂颗粒的A型、MFI型、MOR型、P型或ETS-4型分子筛颗粒。

上述的微纤包覆分子筛颗粒的复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将纤维素胶粘剂、微米级直径的纤维、分子筛颗粒与水混合，搅拌形成均匀浆液；其中纤维素胶粘剂、微米级直径的纤维、分子筛颗粒的质量比为1：1～3：1～5；

（2）利用湿法造纸工艺将步骤（1）所得浆液抄片，制成纸状复合材料；

（3）将步骤（2）所得纸状复合材料在100～200℃下干燥10～24h；