專利名稱：一種改性硅膠空氣干燥劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣干燥劑及其制備方法，更具體的說(shuō)是一種改性硅膠空氣 干燥劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
干燥劑在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)占據(jù)十分重要的地位，它是工業(yè)和民用防潮包裝最 常用的材料，目前世界上已研制出的干燥劑商品不下上百種，計(jì)有硅膠類(lèi)、生石灰類(lèi)、無(wú)機(jī) 鹽類(lèi)、木炭、蒙脫石、天然礦物類(lèi)等。許多食品和物品由于適宜的干燥劑而吸潮、發(fā)霉，餅干、方便面、固體飲料、中西藥 品吸潮氧化變質(zhì)，過(guò)高的濕度對(duì)人體舒適度會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這些都給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成很 大損失。但是目前市面所采用的無(wú)機(jī)和有機(jī)干燥劑都存在著諸多缺點(diǎn)，如吸水率不高，容 易飽和；不易再生，原料的浪費(fèi)；使用過(guò)程中產(chǎn)生二次污染現(xiàn)象等等。因此，空氣除濕已受到廣泛關(guān)注。吸附除濕具有耗能低，對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)而備 受關(guān)注。吸附除濕的關(guān)鍵是高效易脫附除濕材料的開(kāi)發(fā)，而多孔材料——金屬鹽復(fù)合除濕 材料由于其同時(shí)具備優(yōu)良的吸附和解吸性能而成為研究的熱點(diǎn)。通常用于深度除濕的吸附劑-分子篩吸附性能好，但需要較高的再生溫度 (250°C),耗能多、不利于系統(tǒng)節(jié)能。硅膠有較好的吸附性能再生溫度(150°C)適宜，所以 當(dāng)前研究最多的吸附劑材料是硅膠及其衍生物或復(fù)合物。常用的干燥劑為變色硅膠，變色硅膠的組成式為=SiO2 · XH2O或HiSiO2 · ηΗ20,是一 種顆粒大小不同的固體多孔性物質(zhì)，對(duì)空氣中的濕氣和塵粒有很強(qiáng)的吸附力。在通常情況 下，硅膠的吸水率可達(dá)31 37%以上。并且硅膠無(wú)毒、不易揮發(fā)，有明顯的吸水特征(脫 水后呈藍(lán)色，吸水后呈粉紅色)，容易脫水再生重復(fù)使用。該型硅膠吸附濕空氣中水蒸汽的過(guò)程
a.水蒸汽穿過(guò)復(fù)合吸附劑顆粒外兩相界面的邊界膜擴(kuò)散進(jìn)入顆?？紫秲?nèi)，稱之為外 擴(kuò)散。b.水蒸汽通過(guò)固體吸附劑顆?？紫兜臄U(kuò)散，稱之為內(nèi)擴(kuò)散。C.水蒸汽在復(fù)合吸附劑內(nèi)表面的物理吸附。d.水蒸汽在復(fù)合吸附劑內(nèi)表面與改性劑生成水合物的化學(xué)吸附及進(jìn)入改性劑溶 液的吸收過(guò)程?，F(xiàn)有的硅膠改性方法主要有(1)用氯化鈣、氯化鋰改性中空硅膠，結(jié)果顯示與 未改性硅膠相比，CaCl2改性硅膠和LiCl改性硅膠的平均孔徑變大而總孔容變小，在濕度小 于80%范圍內(nèi)，其吸濕性能明顯增加。而在濕度為85% 95%時(shí)，CaCl2改性硅膠和LiCl改 性硅膠的平衡吸濕量略小于未改性硅膠的平衡吸濕量。
(2)浸漬共沉積法在陶瓷纖維上制備了不同金屬離子(鈷、鋁、鈦)摻雜硅膠吸附 劑。研究結(jié)果顯示摻雜后的改性硅膠，其吸附性能、熱穩(wěn)定性明顯增強(qiáng)，比表面積、孔徑 明顯增大，前期吸附速率顯著提高。其飽和吸附量及比表面積變化順序?yàn)殇X摻雜硅膠〉鈦 摻雜硅膠 > 鈷摻雜硅膠 > 硅膠。鈦改性硅膠前期吸附速率快，吸附量大，它的飽和吸附量也 大，而脫附性能劣于硅膠，表現(xiàn)在出口氣流達(dá)到最大含濕量和脫附平衡的時(shí)間較長(zhǎng)。由于鈦 改性硅膠吸附量大，在吸附/脫附過(guò)程中生成或消耗的熱量大，因此，吸附時(shí)改性硅膠的出 口氣流溫度略高于硅膠，而脫附時(shí)出口氣流的溫度略低于硅膠。(3)新型鋁改性硅膠吸附材料，使得新型吸附材料對(duì)水分子具有更強(qiáng)的作用，與硅 膠比較，明顯提高吸附材料的吸附性能，增幅達(dá)68. 27%。同樣Al3+改性可提高鋁改性硅膠 吸附材料的耐熱性能，并可提高材料的耐破度和抗張強(qiáng)度，與硅膠相比，鋁改性硅的耐破指 數(shù)、裂斷長(zhǎng)分別提高了 45. 17%、74. 27%。(4)不同金屬鹽改性對(duì)硅膠的水蒸氣吸附性能影響，結(jié)果顯示，CaCl2, LiCl，MgCl2， ZnCl2改性硅膠，可以使硅膠的吸濕性能明顯增加。其中用CaCl2改性的硅膠的吸濕量最大， 其平衡吸濕量是未改性硅膠的3倍。濃度為lmol/L CaCl2溶液改性的C型硅膠其吸濕量 增加比較明顯。雖然其吸濕量與微孔A型硅膠相比，相差不大，但其有較高吸附速率，它的 吸附平衡時(shí)間縮短到微孔硅膠的1/3。CaCl2^ZnCl2的混合溶液改性硅膠對(duì)吸濕量的提高沒(méi) 有明顯效果。研究發(fā)現(xiàn)在低濕度時(shí)孔內(nèi)每個(gè)CaCl2分子可以分別結(jié)合0.33、1和2個(gè)水 分子，形成結(jié)晶水合物；在高濕度下，氯化鈣在孔內(nèi)形成氯化鈣溶液。復(fù)合吸附劑 SiO2 · XH2O · YCaCl2,明顯提高對(duì)水蒸氣平衡吸濕量，而且復(fù)合吸附劑中的CaCl2含量越高， 平衡吸附量越高。當(dāng)用不同的金屬鹽改性斜發(fā)沸石制備各種離子形式的吸附劑，發(fā)現(xiàn)吸濕 量與離子半徑有關(guān)。研究表明，干燥劑吸附與空氣濕度有關(guān)，當(dāng)相對(duì)濕度為40%時(shí)，該復(fù)合轉(zhuǎn)輪除濕能 力幾乎是原硅膠輪吸附性能的2倍。在相對(duì)濕度的增加，復(fù)合除濕輪除濕優(yōu)勢(shì)減弱。其原 因?yàn)椴煌綑C(jī)制作用的綜合作用。如果相對(duì)濕度太低，化學(xué)反應(yīng)占主導(dǎo)地位的固體吸 附。然而，在高相對(duì)濕度條件下，不僅有化學(xué)反應(yīng)，也有固體吸附和毛細(xì)凝聚吸附現(xiàn)象的發(fā) 生，因此該復(fù)合除濕輪除濕優(yōu)勢(shì)已沒(méi)有那么明顯?，F(xiàn)有的這些硅膠改性方法不能制備得到 具有除濕率高且干燥速度快、易再生的空氣干燥劑。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題
針對(duì)現(xiàn)有的硅膠和對(duì)改性硅膠吸附空氣中水蒸汽時(shí)，存在在低濕條件下平衡吸濕量 小，吸附速率慢，且難脫附再生利用的缺點(diǎn)。本發(fā)明提供一種改性硅膠空氣干燥劑及其制備 方法，通過(guò)該方法制備得到的改性硅膠空氣干燥劑適用于普通室內(nèi)，吸濕性能強(qiáng)，可有效去 除空氣中的水蒸汽對(duì)家庭生活無(wú)任何不良影響，且成本低。2、技術(shù)方案
一種改性硅膠空氣干燥劑的制備方法，其步驟為
(A)取干燥后硅膠置于容器中，加入氯化鋁溶液，并使得硅膠與氯化鋁溶液充分振蕩混 合，水浴控制反應(yīng)溫度為20 40°C，得到粗制改性硅膠；(B)將步驟(A)得到的粗制改性硅膠在烘箱中干燥，冷卻到室溫后，將粗制改性硅膠置 于容器中，加入氯化鋅溶液，并使得硅膠與氯化鋅溶液充分振蕩混合，水浴控制反應(yīng)溫度為 20 70°C，冷卻到室溫后，取出干燥后得到改性硅膠空氣干燥劑空氣干燥劑。上述的步驟(B)取出干燥后為直到改性硅膠質(zhì)量不再減少而后得到改性硅膠空氣 干燥劑空氣干燥劑。步驟(A)中的氯化鋁溶液濃度0. l-3mol/L。步驟(B)中氯化鋅溶液濃度 0. l-3mol/L。步驟(A)和(B)中硅膠或粗制改性硅膠的量沒(méi)有特別的要求，只要使得硅膠或 粗制改性硅膠能被氯化鋁溶液或氯化鋅溶液完全浸泡即可。取改性硅膠空氣干燥劑置于設(shè)定濕度的容器中，可以分析不同時(shí)間改性硅膠空氣 干燥劑的吸水率。取相同質(zhì)量在相同條件下達(dá)到吸附平衡的未改性硅膠和改性硅膠，分別 置于相同的干燥溫度的烘箱中脫附再生，稱重，分析其脫附效率。3、有益效果
本發(fā)明提供了改性硅膠空氣干燥劑及其制備方法，本發(fā)明經(jīng)過(guò)氯化鋁和氯化鋅改性的 硅膠空氣干燥劑具有化學(xué)吸附和物理吸附，比未改性硅膠干燥劑的吸附性能(包括吸附速 率和吸附容量)明顯改善。在100%空氣相對(duì)濕度的條件下，與未改性硅膠相對(duì)，改性硅膠空 氣干燥劑吸附容量提高了 92%，在80%空氣相對(duì)濕度條件下，其吸附容量提高83%，在60%空 氣相對(duì)濕度吸附容量提高70%。吸附速率有很大的提高，在100%空氣相對(duì)濕度的條件下，改 性硅膠復(fù)合干燥劑與未改性硅膠達(dá)到吸附平衡時(shí)間相差32小時(shí)以上。吸附平衡后的改性 硅膠空氣干燥劑與未改性硅膠相比，脫附再生時(shí)間短，脫附效率高。本發(fā)明改性硅膠空氣干 燥劑具有吸附容量大，吸附速率快，脫附再生容易等特點(diǎn)，所以具有極大的應(yīng)用推廣前景。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
1、取干燥溫度為110°c、干燥時(shí)間為1小時(shí)的10克硅膠置于玻璃器皿中，加入100毫升 lmol/L的氯化鋁溶液并置于環(huán)境溫度為20°C的振蕩器中振蕩4小時(shí)，后取出該粗制改性硅 膠，在烘箱中干燥1小時(shí)，冷卻到室溫后，取10克干燥后的粗制改性硅膠置于玻璃器皿中， 加入100毫升2mol/L氯化鋅溶液并置于環(huán)境溫度為20°C的振蕩器中振蕩4小時(shí)，冷卻到室 溫后，再放置干燥溫度為110°C的烘箱中干燥1小時(shí)，冷卻到室溫后，得到改性硅膠空氣干 燥劑。2、取5克的改性硅膠空氣干燥劑置于相對(duì)濕度為100%的容器中，分析30小時(shí)后 改性硅膠空氣干燥劑的吸水率為92%。3、分別取2克在相同條件下達(dá)到吸附平衡的未改性硅膠和改性硅膠空氣干燥劑， 置于干燥溫度為110°C烘箱中2小時(shí)脫附再生，稱重，未改性硅膠的脫附率為85%，而改性硅 膠的脫附率為98%。實(shí)施例2
1、取干燥溫度為110°C、干燥時(shí)間為2小時(shí)的5克硅膠置于玻璃器皿中，加入100毫升 0. lmol/L的氯化鋁溶液并置于環(huán)境溫度為40°C的振蕩器中振蕩3小時(shí)，后取出該粗制改性 硅膠，在烘箱中干燥2小時(shí)，冷卻到室溫后，取5克干燥后的粗制改性硅膠置于玻璃器皿中， 加入100毫升3mol/L氯化鋅溶液并置于環(huán)境溫度為30°C的振蕩器中振蕩3小時(shí)，冷卻到室
5溫后，放置干燥溫度為110°C的烘箱中干燥2小時(shí)，冷卻到室溫后，得到改性硅膠空氣干燥 劑。2、取10克的改性硅膠空氣干燥劑置于相對(duì)濕度為80%的容器中，分析35小時(shí)后 改性硅膠空氣干燥劑的吸水率為85%。3、分別取5克在相同條件下達(dá)到吸附平衡的未改性硅膠和改性硅膠空氣干燥劑， 置于干燥溫度為110°c烘箱中3小時(shí)脫附再生，稱重，未改性硅膠的脫附率為80%，而改性硅 膠的脫附率為99%。實(shí)施例3
1、取干燥溫度為110°C、干燥時(shí)間為2. 5小時(shí)的20克硅膠置于玻璃器皿中，加入100毫 升3mol/L的氯化鋁溶液并置于環(huán)境溫度為40°C的振蕩器中振蕩2小時(shí)，后取出該粗制改 性硅膠，在烘箱中干燥4小時(shí)，冷卻到室溫后，取20克干燥后的粗制改性硅膠置于玻璃器皿 中，加入100毫升0. lmol/L氯化鋅溶液并置于環(huán)境溫度為70°C的振蕩器中振蕩2小時(shí)，冷 卻到室溫后，放置干燥溫度為110°C的烘箱中干燥2. 5小時(shí)，冷卻到室溫后，得到改性硅膠 空氣干燥劑。2、取8克的改性硅膠空氣干燥劑置于相對(duì)濕度為60%的容器中，分析40小時(shí)后改 性硅膠空氣干燥劑的吸水率為78%。3、分別取6克在相同條件下達(dá)到吸附平衡的未改性硅膠和改性硅膠，置于干燥溫 度為110°C烘箱中2小時(shí)脫附再生，稱重，未改性硅膠的脫附率為77%，而改性硅膠的脫附率 為 97%。
權(quán)利要求
一種改性硅膠空氣干燥劑的制備方法，其步驟為(A)取干燥后硅膠置于容器中，加入氯化鋁溶液，并使得硅膠與氯化鋁溶液充分振蕩混合，得到粗制改性硅膠；(B)將步驟(A)得到的粗制改性硅膠在烘箱中干燥，冷卻到室溫后，將粗制改性硅膠置于容器中，加入氯化鋅，并使得硅膠與氯化鋅溶液充分振蕩混合，水浴控制反應(yīng)溫度為28～32℃，冷卻到室溫后，取出干燥后得到精制改性硅膠空氣干燥劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的粉改性硅膠空氣干燥劑的制備方法，其特征在于步驟(B)取 出干燥后為直到改性硅膠質(zhì)量不再減少而后得到精制改性硅膠空氣干燥劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改性硅膠空氣干燥劑的制備方法，其特征在于步驟(A)中的 氯化鋁溶液濃度為0. l-3mol/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改性硅膠空氣干燥劑的制備方法，其特征在于步驟(B)中氯 化鋅溶液濃度為0. l-3mol/L。
5.按照權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的改性硅膠空氣干燥劑的制備方法制備得到的改 性硅膠空氣干燥劑。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種改性硅膠空氣干燥劑及其制備方法，屬于硅膠的利用領(lǐng)域。制備方法步驟為(A)取干燥后硅膠置于容器中，加入氯化鋁溶液，并使得硅膠與氯化鋁溶液充分振蕩混合，水浴控制反應(yīng)溫度為20～40℃，得到粗制改性硅膠；(B)粗制改性硅膠在烘箱中干燥，冷卻到室溫后，將粗制改性硅膠置于容器中，加入氯化鋅溶液，并使得硅膠與氯化鋅溶液充分振蕩混合，水浴控制反應(yīng)溫度為20～70℃，冷卻到室溫后，取出干燥后得到改性硅膠空氣干燥劑空氣干燥劑。本發(fā)明比未改性硅膠干燥劑的吸附性能明顯改善。本發(fā)明改性硅膠空氣干燥劑具有吸附容量大，吸附速率快，脫附再生容易等特點(diǎn)，所以具有極大的應(yīng)用推廣前景。
文檔編號(hào)B01D53/28GK101961640SQ201010503519
公開(kāi)日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2010年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者張雪英, 李磊, 邢志強(qiáng) 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)