一种多孔陶瓷基负载型吸附剂及其制备方法

摘要

本发明涉及吸附剂领域，公开了一种多孔陶瓷基负载型吸附剂及其制备方法。本发明公开的多孔陶瓷基负载型吸附剂包括：多孔陶瓷基体、胺改性剂、介孔分子筛和分散剂；所述吸附剂为成型吸附剂。本发明公开的制备方法包括以下步骤：(1)、将多孔陶瓷基体进行预处理；(2)、制备浆料；(3)、将预处理的多孔陶瓷基体浸没在步骤(2)制备的浆料中，然后将干燥处理；上述浸浆过程反复进行2～4次，制得产品。经测试，本发明公开的吸附剂的吸附容量高，且制备过程简单易行，利于推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及吸附剂领域，特别涉及一种多孔陶瓷基负载型吸附剂及其制备方法。

背景技术

SF₆气体绝缘电器设备具有占地面积少、电磁污染小、安全可靠等优势，在城市电网中被大量使用，但其内部不可避免地存在着微量水，通常为20～200ppm，存在的微量水可形成绝缘缺陷并在局部放电时进一步劣化，由此形成设备安全隐患。故为保障SF₆电气设备安全稳定地运行，在设备气室中通常放置了一定量的吸附剂，如4A型、5A型、13X型、KDHF-03等分子筛和中性氧化铝等。这些常用的吸附剂一般为3～5毫米的球状，这是因为吸附剂粉末原料经过成型或负载固定后成为一定形状和尺寸，才能避免粉体流失和回收困难等缺陷。

然而，在常见的吸附剂挤压成型过程中会存在以下两方面问题：1、在压片过程中随着外部压力的增加，由应力产生的塑形变形使得粉体中颗粒间的空隙逐渐减少，粉末吸附剂产生弹性变形和相对位移，使得吸附剂分子的扩散阻力增加；2、在成型过程中采用的粘结剂虽然可以提高吸附剂的强度，但也将覆盖部分吸附位点，造成部分孔道堵塞，进而导致吸附容量的损失。在实际生产过程中，由于吸附剂饱和造成水分超标的情况时有发生，威胁到设备的安全。因此需要开发合适的吸附剂粉体成型方法，保证成型的吸附剂可高效、安全、长期地使用。

发明内容

本发明公开了一种多孔陶瓷基负载型吸附剂及其制备方法，本发明公开的吸附剂具有吸附容量高的优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种多孔陶瓷基负载型吸附剂，其特征在于，包括：多孔陶瓷基体、胺改性剂、介孔分子筛和分散剂；

所述吸附剂为成型吸附剂。

作为优选，所述成型吸附剂为蜂窝块状成型吸附剂。

作为优选，所述多孔陶瓷基体为气孔率在20％以上的蜂窝陶瓷或泡沫陶瓷；

所述的多孔陶瓷基体为高硅质硅酸盐陶瓷、铝硅酸盐陶瓷、硅藻土陶瓷中的任意一种。

气孔率高、比表面积大、耐化学腐蚀、机械强度良好、具备三维空间网架结构的多孔陶瓷材料作为成型吸附剂的基体不仅有利于吸附剂包覆层的均匀分散，也可以实现吸附剂的固定化，达到循环利用的目的。此外，经过预处理后的多孔陶瓷基体表面达到一定的洁净程度，也促进了基体材料与吸附剂包覆层之间的结合，避免了包覆层的掉落。

作为优选，所述的胺改性剂为富含氨基的有机胺，具体为四乙烯五胺、五乙烯六胺、多乙烯多胺和聚乙烯亚胺中的一种或几种。所述的胺改性剂中含有的丰富的氨基，为成型吸附剂提供了主要的亲水性基团。此外，有机胺也将作为粘结剂增加有机胺与陶瓷基体之间的作用力，从而提高包覆层的附着力。

室温下的胺类由于分子内和分子间作用力趋向分子内部团聚，粘稠不易流动，这对吸附质分子在其结构中的扩散形成了极大的阻力。胺改性剂的添加量越大，吸附位点的有效利用率越低。故本发明采用介孔载体与分散剂的双重效应改善胺改性剂的分散状态。

作为优选，所述的介孔分子筛的比表面积为500～1000m²/g，为MCM-41、SBA-15和HMS中的一种或几种。

作为优选，所述的分散剂为乙二醇和聚乙二醇中的一种或两种。

选用介孔分子筛作为胺改性剂的载体可产生两个有益效果：(1)介孔分子筛比表面积大，孔道丰富，对水分子具有一定的管道富集效应，产生协同吸附作用。(2)介孔分子筛独特的孔道结构也为胺改性剂提供了充分的限域空间，促使胺改性剂形成高度空间分散的状态，从而暴露出更多的亲水基团，提高吸附剂的吸水容量。

本发明公开了所述多孔陶瓷基负载型吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)多孔陶瓷基体预处理：用去离子水将多孔陶瓷模块清洗干净后置于甲醇溶液中超声3～30min，再置于去离子水中超声3～10min，最后置于60～80℃真空干燥箱中烘干备用；

(2)制备浆料：在室温条件下，将介孔分子筛、胺改性剂、分散剂、醇溶液按照150:(60～150):(50～150):(150～300)的质量比例搅拌混合制成浆料备用；

(3)浸浆：将预处理过的多孔陶瓷基体浸没在步骤(2)制备的浆料中5～10min，将所述多孔陶瓷基体取出，待浆料不再滴下后将多孔陶瓷模块置于50～80℃烘箱中干燥处理10～30min，再取出进行下一次浸浆处理。上述浸浆过程反复进行2～4次，最终在多孔陶瓷表面负载上均匀的包覆层。

作为优选，步骤(2)中所述的醇溶液为甲醇或乙醇。

对本发明制备的吸附剂用国标法GB6287-86(分子筛静态水吸附测定方法)进行了测试，测试结果显示本发明制备的吸附剂的吸附容量高。且本发明公开的制备方法简单易行，利于推广应用。

具体实施方式

本发明公开了一种多孔陶瓷基负载型吸附剂及其制备方法。本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

下面结合实施例，进一步阐述本发明。

实施例中使用到的材料和试剂均为自制或市售来源。

实施例中使用的陶瓷模块购自萍乡恒昌化工新材料有限公司。

实施例1

用去离子水将中空板式高硅质硅酸盐陶瓷基体清洗干净后置于甲醇溶液中超声5min，再置于去离子水中超声5min，最后置于60℃真空干燥箱中烘干。在室温条件下，将SBA-15、多乙烯多胺、聚乙二醇、甲醇按照150:100:80:200的质量比例搅拌混合制成浆液备用。将预处理过的陶瓷基体浸没在浆液中10min，将多孔陶瓷基体取出，待浆液不再滴下后将陶瓷模块置于60℃烘箱中干燥处理15min，再取出进行下一次浸浆处理。反复浸浆3次，最终在陶瓷表面负载上均匀的包覆层。

试验方法参考国标GB6287-86(分子筛静态水吸附测定方法)，将上述制备的成型吸附剂模块(记作m0，此处m0＝75.6g)置于盛有过饱和氯化钠水溶液的干燥皿内(干燥皿下层预先铺好变色硅胶)，在室温下吸附水气，多次称量吸附剂颗粒模块的质量，直至前后两次称量质量变化小于0.1％(视为吸附饱和，此时质量记作m，此处m＝91.7)，按照式(1)计算其吸水容量为21.3％。

$\xi =\frac{m-m_0}{m_0}\times 100\%---\left(1\right)$

实施例2

用去离子水将中空板式铝硅酸盐陶瓷基体清洗干净后置于甲醇溶液中超声3min，再置于去离子水中超声3min，最后置于60℃真空干燥箱中烘干。在室温条件下，将MCM-41、四乙烯五胺、乙二醇、甲醇按照150:60:80:150的比例搅拌混合制成浆液备用。将预处理过的陶瓷基体浸没在浆液中8min，将多孔陶瓷基体取出，待浆液不再滴下后将陶瓷模块置于60℃烘箱中干燥处理10min，再取出进行下一次浸浆处理。反复浸浆4次，最终在陶瓷表面负载上均匀的包覆层。

试验方法同实施例1，测试得实施例2制备的吸附剂的吸水容量为16.8％。

实施例3

用去离子水将中空板式硅藻土陶瓷基体清洗干净后置于甲醇溶液中超声30min，再置于去离子水中超声10min，最后置于80℃真空干燥箱中烘干。在室温条件下，将HMS、聚乙烯亚胺、聚乙二醇、甲醇按照150:150:150:300的比例搅拌混合制成浆液备用。将预处理过的陶瓷基体浸没在浆液中10min，将多孔陶瓷基体取出，待浆液不再滴下后将陶瓷模块置于60℃烘箱中干燥处理10min，再取出进行下一次浸浆处理。反复浸浆3次，最终在陶瓷表面负载上均匀的包覆层。

试验方法同实施例1，测试得实施例3制备的吸附剂的吸水容量为26.2％。

实施例4

用去离子水将中空板式高硅质硅酸盐陶瓷基体清洗干净后置于甲醇溶液中超声5min，再置于去离子水中超声8min，最后置于70℃真空干燥箱中烘干。在室温条件下，将SBA-15、五乙烯六胺、聚乙二醇、乙醇按照150:125:50:250的比例搅拌混合制成浆液备用。将预处理过的陶瓷基体浸没在浆液中5min，将多孔陶瓷基体取出，待浆液不再滴下后将陶瓷模块置于60℃烘箱中干燥处理15min，再取出进行下一次浸浆处理。反复浸浆2次，最终在陶瓷表面负载上均匀的包覆层。

实验中测试得其吸水容量为18.9％。

对比例

采用实施例的测试方法测试得现有吸附剂KDHF-03颗粒分子筛(3～5mm)的吸水容量为8.7％，实施例1至4制备的吸附剂的吸水容量均大于现有吸附剂的吸水容器，具有显著性差异(P<0.05)。说明本发明公开的吸附剂的吸附容量高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。