專利名稱：高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬吸附式氣體干燥凈化技術(shù)，特別涉及一種用于吸附式氣體干燥凈化過程的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
吸附式氣體干燥凈化技術(shù)因在低品位能源利用和環(huán)境保護方面的優(yōu)勢顯著而成為可持續(xù)性發(fā)展的技術(shù)之一。在吸附式氣體干燥凈化技術(shù)中，吸附劑是決定吸附性能的關(guān)鍵，吸附器按種類可區(qū)分為固定床吸附器和旋轉(zhuǎn)吸附器，從吸附劑的實用性來選擇，用于固定床吸附器的吸附劑一般為硅膠、鋁膠、分子篩等，但硅膠、鋁膠抗壓碎強度低，遇水易炸裂、破碎，使干燥塔壓力降上升，進而會堵塞管道；分子篩的吸附性能好，但再生溫度高；而目前用于旋轉(zhuǎn)吸附器中的吸附劑僅限于氯化鋰、硅膠和分子篩等高吸附性能物質(zhì)，氯化鋰的吸濕性好，再生溫度低，但對周邊金屬設(shè)備具有腐蝕性；分子篩適合于低露點深度除濕，但再生溫度高(250℃以上)；硅膠性能介于二者之間，適用于常規(guī)除濕和低露點深度除濕，但對于深度除濕效果并不顯著，且現(xiàn)有深度除濕裝置存在著在低濕度范圍內(nèi)除濕效率低，設(shè)備體積大，能耗高等問題。納米技術(shù)的出現(xiàn)使合成吸附性能好、機械強度高、再生溫度低的吸附劑材料，從而生產(chǎn)出體積小、能耗低的高效深度除濕設(shè)備出現(xiàn)新的轉(zhuǎn)機。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有吸附劑材料抗壓碎強度低、再生溫度高、在低濕范圍除濕量小、除濕能力低的缺點，研究開發(fā)一種具有吸附量大、再生溫度低和機械強度高的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種由上述制備方法生產(chǎn)的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的使用方法。
本發(fā)明的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)本高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備原料的反應(yīng)摩爾配比為Si/Ti為8～20，醇鹽/水/聚乙二醇(PEG-600)為1/5～15/2.0×10-3～5.0×10-3，其中醇鹽包括硅醇鹽如正硅酸乙酯(TEOS)、正硅酸甲酯(TMOS)以及鈦醇鹽如鈦酸四丁酯(TBtOT)、鈦酸異丙酯(TiPrOT)；硅醇鹽、鈦醇鹽的選擇及配比是以二者的水解、縮聚速率相匹配為前提的，一般來說，在相同的pH值和反應(yīng)溫度下，硅醇鹽水解速率慢，鈦醇鹽水解速率快，因此，采用在低溫下先讓硅醇鹽水解，然后在較高溫度下加入鈦醇鹽，使二者同時水解，利用其協(xié)同水解關(guān)系，在相近的水解速率下，達到分子水平的整合；同時利用不同單體水解速率的不同，以及在硅醇鹽、鈦醇鹽固定的前提下，利用二者的配比，即同一體系不同濃度關(guān)系，協(xié)調(diào)各自的水解速率，以達到硅醇鹽/鈦醇鹽的優(yōu)化組合及配比；發(fā)明人通過反復(fù)試驗證明硅醇鹽/鈦醇鹽摩爾比為10～15時，硅酸鈦具有最大吸附量。
利用上述原料制備本高吸附性能硅酸鈦吸附劑的方法包括下述步驟(1)溶膠的制備先讓硅醇鹽/乙醇溶液部分水解，然后升溫加入鈦醇鹽/乙醇溶液，讓其完全水解，再加入高分子添加劑聚乙二醇使其縮聚并陳化制成溶膠；(2)超細(xì)孔球形硅酸鈦的制備溶膠經(jīng)無油成型技術(shù)制成水凝膠，經(jīng)洗滌、干燥及篩分后制成納米孔徑的球形硅酸鈦。
更具體地，所述溶膠的制備可包括如下的步驟在冰水浴下取5.0×10-2～0.1mol/L酸與去離子水混合后滴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33～50％的硅醇鹽/乙醇溶液中，反應(yīng)20～40分鐘后，升溫到30～50℃，按Si/Ti摩爾比為8～20，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33～50％鈦醇鹽/乙醇溶液，攪拌混合，繼續(xù)滴加酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)60～90分鐘后，加入占總醇鹽摩爾分?jǐn)?shù)0.2～0.5％的聚乙二醇(PEG-600)，繼續(xù)反應(yīng)40～60分鐘，在室溫25℃下陳化1～10天即可形成穩(wěn)定溶膠。
所述超細(xì)孔徑球形硅酸鈦的制備可包括如下的步驟采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)洗滌，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，并將篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制在2％以下，即制備出納米孔徑的球形硅酸鈦。
一種由上述制備方法生產(chǎn)的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的使用方法，具體為將上述高吸附性能硅酸鈦用于氣體干燥凈化領(lǐng)域的固定床吸附器，包括如下步驟將本硅酸鈦吸附劑填充于固定床吸附器中。
一種由上述制備方法生產(chǎn)的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的使用方法，具體為將上述高吸附性能硅酸鈦用于制造用于氣體干燥凈化領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)吸附器，包括如下步驟將制備上述高吸附性能硅酸鈦工藝過程中的溶膠浸漬在旋轉(zhuǎn)吸附器上，經(jīng)凝膠、洗滌、干燥、焙燒處理制成固體硅酸鈦旋轉(zhuǎn)吸附器。
更為具體地，上述使用方法可包括如下步驟將制備上述高吸附性能硅酸鈦工藝過程中的溶膠浸漬在陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值制成凝膠；經(jīng)洗滌后干燥，升溫范圍為室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘；恒溫干燥3～7小時，然后進行焙燒，升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
本發(fā)明與現(xiàn)有的同類型吸附劑相比具有如下的優(yōu)點及效果(1)吸附量大由于本發(fā)明硅酸鈦吸附劑為納米孔徑的細(xì)孔球形，具有尺寸小、比表面積大及量子尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，使得本硅酸鈦吸附劑的物理性質(zhì)與常規(guī)材料不同，出現(xiàn)許多新的特性，高比表面積、低孔徑、高強度及多微孔結(jié)構(gòu)特性使得吸附量提高一倍，吸附量達72.5％，使用此種納米結(jié)構(gòu)的硅酸鈦吸附劑的除濕輪具有較低的轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動除濕輪的能量要求低及傳輸能損失??；(2)吸附/解吸速率快本發(fā)明方法所制備的納米結(jié)構(gòu)的硅酸鈦吸附劑，改變了固體吸附劑微孔界面的物理化學(xué)性質(zhì)，有效地強化了分子擴散過程，使得傳熱傳質(zhì)速率增大，當(dāng)溫度從27℃增加到77℃時，本發(fā)明的解吸速率比細(xì)孔硅膠快11.4％；(3)再生溫度低；由于采用較低的溫度即可對除濕輪轉(zhuǎn)芯進行再生(一般可降低40℃左右)，不僅大大地節(jié)省了再生所需熱能，而且擴大了低品位再生熱源的利用范圍；(4)機械強度高，本發(fā)明吸附劑中含TiO2金屬氧化物，提高了吸附劑的韌性、抗壓碎強度，遇水不易炸裂，磨耗率降低，吸附劑工作周期增大；(5)節(jié)能節(jié)材效果顯著；由于采用本發(fā)明方法制備的吸附劑吸附性能提高，使得吸附劑用量和吸附器用材減少，所以采用本吸附劑可使固定床體積縮小15～35％、除濕輪轉(zhuǎn)芯體積縮小18～28％、能耗降低20～35％，節(jié)材節(jié)能效果非常顯著。


圖1利用本發(fā)明方法制備的硅酸鈦吸附劑在溫度為298K時的等溫吸附曲線圖。
圖2是利用本發(fā)明方法制備的硅酸鈦吸附劑與細(xì)孔硅膠、4A分子篩在溫度為298K時的等溫吸附曲線比較圖。
圖3為利用本發(fā)明方法制備的硅酸鈦吸附劑在溫度為298K，水蒸氣分壓為3.0Kpa條件下的等溫吸附速率圖。
圖4為水蒸氣分壓為12.5KPa下利用本發(fā)明方法制備的硅酸鈦吸附劑與細(xì)孔硅膠、4A分子篩解吸速率的比較圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步具體的描述，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。
實施例1選用原材料為正硅酸乙酯(TEOS)、鈦酸四丁酯(TBtOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TEOS乙醇溶液250g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸與30.3mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為6)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝12，加入40％TBtOT乙醇溶液34.1g(4.01×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.25gPEG-600(2.08×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例2
選用原材料為正硅酸乙酯(TEOS)、鈦酸四丁酯(TBtOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TEOS乙醇溶液250g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸和67.8mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為10)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝12，加入40％TBtOT乙醇溶液34.1g(4.01×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.25gPEG-600(2.08×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例3選用原材料為正硅酸乙酯(TEOS)、鈦酸四丁酯(TBtOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TEOS乙醇溶液250g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸和114.7mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為15)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝12，加入40％TBtOT乙醇溶液34.1g(4.01×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.25gPEG-600(2.08×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例4選用原材料為正硅酸甲酯(TMOS)、鈦酸四丁酯(TBtOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TMOS乙醇溶液183g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸和67.8mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為10)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝12，加入40％TBtOT乙醇溶液34.1g(4.01×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.25gPEG-600(2.08×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110-130℃溫度下干燥16-20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例5選用原材料為正硅酸甲酯(TMOS)、鈦酸異丙酯(TiPrOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TMOS乙醇溶液183g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸和67.8mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為10)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝12，加入40％TiPrOT乙醇溶液28.5g(4.01×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.25g PEG-600(2.08×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例6選用原材料為正硅酸乙酯(TEOS)、鈦酸異丙酯(TiPrOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TEOS乙醇溶液250g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸和67.8mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為10)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝12，加入40％TiPrOT乙醇溶液28.5g(4.01×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.25g PEG-600(2.08×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例7
選用原材料為正硅酸乙酯(TEOS)、鈦酸四丁酯(TBtOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TEOS乙醇溶液250g(0.481mol)，取26mL 0.1mol/L硝酸與30.3mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為6)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝10，加入40％TBtOT乙醇溶液40.9g(4.81×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.27gPEG-600(2.12×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
實施例8選用原材料為正硅酸乙酯(TEOS)、鈦酸四丁酯(TBtOT)、乙醇、聚乙二醇(PEG-600)、水、硝酸，具體步驟為(1)在冰水浴下，在裝有磁力攪拌器、滴液漏斗及回流裝置的500mL燒瓶中，加入40％TEOS乙醇溶液250g(0.481mol)，取26mL 0.1Mmol/L硝酸與30.3mL去離子水(水/醇鹽摩爾比為6)均勻混合于滴液漏斗中緩慢地滴入燒瓶中，反應(yīng)30分鐘后，升溫至45℃，按Si/Ti＝15，加入40％TBtOT乙醇溶液27.3g(3.21×10-2mol)，攪拌均勻，繼續(xù)滴加余下的酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)80分鐘后，加入1.23g PEG-600(2.05×10-3mol)，繼續(xù)反應(yīng)50分鐘，冷卻至室溫。在25℃下陳化7天即可形成穩(wěn)定溶膠；(2)采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制2％以下，即制備出納米孔徑顆粒狀硅酸鈦；(3)將溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值成凝膠，經(jīng)90℃去離子水洗滌凝膠過濾至濾液pH＝7為止，干燥，升溫范圍室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘，恒溫干燥3～7小時，焙燒升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
對上述實施例1-3所制備的硅酸鈦吸附劑材料進行等溫吸附特性測定。圖1為不同原料配比所得硅酸鈦吸附劑在298K時的等溫吸附曲線，由圖1可以看出，采用本發(fā)明所制備的硅酸鈦吸附劑具有很高的吸附性能，并以采用實施例2所合成的硅酸鈦吸附性能較好，吸附量達72.5％。圖2示出了包括本硅酸鈦吸附劑在內(nèi)的不同吸附劑的等溫吸附曲線，由圖可見，本硅酸鈦吸附劑的吸附性能明顯好于硅膠、分子篩等同類型吸附劑。圖3為硅酸鈦吸附劑吸附速率曲線，可見硅酸鈦吸附劑具有很高的吸附速率，硅酸鈦吸附水分約需1小時達到平衡，前10分鐘吸附速率較快。圖4示出了包括本硅酸鈦吸附劑在內(nèi)的不同吸附劑的解吸速率，由圖4比較可知當(dāng)溫度從27℃增加到77℃時，本發(fā)明的硅酸鈦吸附劑解吸速率比細(xì)孔硅膠快11.4％，且明顯高于分子篩，這就表明，硅酸鈦吸附劑具有較低的再生溫度。
綜上所述，利用用本發(fā)明方法所制備的高吸附性硅酸鈦吸附劑的吸附量大、吸附/解吸速率快、再生溫度低、機械物理強度高、節(jié)能節(jié)材效果顯著，吸附性能參數(shù)明顯優(yōu)于同類型吸附劑。
權(quán)利要求
1.一種高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法，其特征在于制備原料的反應(yīng)摩爾配比為Si/Ti為8～20，醇鹽/水/聚乙二醇為1/5～15/2.0×10-3～5.0×10-3；制備方法包括下述步驟(1)溶膠的制備先讓硅醇鹽/乙醇溶液部分水解，然后升溫加入鈦醇鹽/乙醇溶液，讓其完全水解，再加入高分子添加劑聚乙二醇使其縮聚并陳化制成溶膠；(2)超細(xì)孔球形硅酸鈦的制備溶膠經(jīng)無油成型技術(shù)制成水凝膠，經(jīng)洗滌、干燥及篩分后制成納米孔徑球形硅酸鈦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法，其特征在于所述醇鹽包括硅醇鹽及鈦醇鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法，其特征在于硅醇鹽/鈦醇鹽的摩爾比為10～15。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法，其特征在于所述溶膠的制備包括如下的步驟在冰水浴下取5.0×10-2～0.1mol/L酸與去離子水混合后滴入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33～50％的硅醇鹽/乙醇溶液中，反應(yīng)20～40分鐘后，升溫到30～50℃，按Si/Ti摩爾比8～20，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為33～50％鈦醇鹽/乙醇溶液，攪拌混合，繼續(xù)滴加酸溶液使其充分水解，當(dāng)進一步反應(yīng)60～90分鐘后，加入占總醇鹽摩爾分?jǐn)?shù)0.2～0.5％的聚乙二醇，繼續(xù)反應(yīng)40～60分鐘，在室溫下陳化1～10天即可形成穩(wěn)定溶膠。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的制備方法，其特征在于所述超細(xì)孔球形硅酸鈦的制備包括如下的步驟采用無油成型技術(shù)，調(diào)節(jié)pH值使溶膠在空氣中固化成水凝膠，經(jīng)洗滌，在110～130℃溫度下干燥16～20小時，然后進行篩分，并將篩分后合乎粒度要求的膠粒進行二次干燥，干燥溫度120～150℃，干燥時間20～24小時，水分控制在2％以下，即制備出納米孔徑球形硅酸鈦。
6.一種高吸附性能硅酸鈦吸附劑的使用方法，其特征在于將硅酸鈦吸附劑填充于固定床吸附器中。
7.一種高吸附性能硅酸鈦吸附劑的使用方法，其特征在于將高吸附性能硅酸鈦用于制造旋轉(zhuǎn)吸附器，包括如下步驟將制備高吸附性能硅酸鈦過程中的溶膠浸漬在旋轉(zhuǎn)吸附器上，經(jīng)凝膠、洗滌、干燥處理制成固體硅酸鈦旋轉(zhuǎn)吸附器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高吸附性能硅酸鈦吸附劑的使用方法，其特征在于包括如下步驟將制備高吸附性能硅酸鈦過程中的溶膠浸漬在蜂窩狀陶瓷轉(zhuǎn)芯上，調(diào)節(jié)pH值制成凝膠；經(jīng)洗滌后干燥，升溫范圍為室溫～150℃，升溫速率為4～10℃/10分鐘；恒溫干燥3～7小時，然后進行焙燒，升溫范圍為150～400℃，升溫速率為8～20℃/分鐘，恒溫焙燒2～6小時處理制成固體硅酸鈦除濕輪轉(zhuǎn)芯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高吸附性硅酸鈦吸附劑的制備方法,制備原料的反應(yīng)摩爾配比為Si/Ti為8～20,醇鹽/水/聚乙二醇為1/5～15/2.0×10
文檔編號B01J20/10GK1387942SQ0211473
公開日2003年1月1日 申請日期2002年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月14日
發(fā)明者丁靜, 方玉堂, 楊曉西, 楊建平, 高學(xué)農(nóng), 張正國 申請人:華南理工大學(xué)