[发明专利]含Li交换沸石的吸附剂介质

说明书

发明领域

本公开涉及吸附体系。特别地，其是吸附体系中所用的吸附剂介质。

相关技术描述

吸附体系，如HVAC体系、液体和气体提纯、溶剂和汽油蒸气回收和脱臭、吸附制冷法、某些大批量(bulk)气体分离等有时使用吸附介质除去气相杂质或气体混合物中的较强吸附的主要组分。吸附法和吸附制冷法通常使用置于金属容器中的一些吸附剂介质，它们可以是自承载的或包含在金属网或表面上。吸附剂在吸附必需的条件范围内与含有可吸附组分的流体或气流接触。

循环吸附法常用于分离气体混合物的组分。通常，循环吸附法在一个或多个装填有微粒吸附剂材料的吸附剂容器中进行，所述微粒吸附剂材料对气体混合物的至少一种气体组分的吸附强于其对该混合物的至少一种其它组分的吸附。该吸附法包括反复进行一系列步骤，该序列的具体步骤取决于所进行的特定循环吸附法。

在任何循环吸附工艺中，吸附剂床具有有限的吸附指定气体组分的容量，因此该吸附剂需要定期再生以恢复其吸附容量。再生吸附剂用的程序随工艺而变。在VSA工艺中，通过在吸附容器中建立真空来至少部分再生吸附剂，由此使吸附的组分从吸附剂中解吸，而在PSA工艺中，在比用于吸附步骤的压力低的压力下再生吸附剂。在VSA和PSA工艺中，吸附步骤都在比解吸或再生压力高的压力下进行。

一些常规吸附介质由薄片或层，如纸、金属箔、聚合物膜等，和吸附剂材料，如硅胶、活性氧化铝、活性炭和分子筛如沸石构成。这些吸附剂片或层与常规珠粒、挤出物或颗粒相比相对较薄。由于较薄介质提供较短的从气相或液相进料到吸附位点的路径长度，经过这些吸附剂的传质比珠粒或颗粒中快。此外，大孔尺寸分布，特别是在湿法成网(wet-lay)的含吸附剂的纸中，可以大致为比典型吸附剂珠粒中更大的量级。这种较大的大孔尺寸也与珠粒或颗粒相比提高介质的传质。

含锂分子筛，如含Li沸石X(LiX)常用在空气分离法中，与氧气(O₂)相比选择性吸附氮气(N₂)。锂(Li)具有比其它更大的一价阳离子(例如Na、K、Cs等)或二价阳离子(例如Mg、Ca、Ba等)高的电荷密度。锂的较高电荷密度增强其与氮的四极矩-来自氮分子中的N原子之间的共价三键的相互作用。相应地，在使用例如LiX的空气分离法中，N₂优先被LiX吸附并在吸附步骤过程中产生富O₂产物流。

通常，分子筛(即沸石)含有质子或一价阳离子，如Na，二价阳离子，如Ca，或三价阳离子，如La，以为它们的骨架，如SiO₂/Al₂O₃骨架提供电荷平衡。相应地，为改进沸石对更高极性或可极化化合物如N₂的选择性，该沸石用Li盐(例如LiCl、LiNO₃、LiOH等)水溶液进行离子交换(IEX)处理。

但是，如果在Li-交换沸石的后继加工中所用的水含有阳离子，如Na、Ca和Mg-常存在于许多供水中-这些阳离子优先置换沸石中的Li。这又造成沸石的Li含量降低并因此降低交换沸石例如与O₂相比对N₂的吸附选择性和容量。例如，在使用LiX由水性浆料混合物制造吸附剂介质，如含LiX的纸时，面临这种特定问题。

因此，沸石IEX领域技术人员相信，使用去离子(“DI”)或蒸馏水对避免由竞争阳离子，如Na、Ca和Mg引起的不利IEX作用而言是重要的(例如参见US 6461412)。根据American Chemical Society(“ACS”)Specifications(Reagent Chemicals，8^thEd.1993)-化学试剂标准的主导权威-对DI和蒸馏水的要求是严格的。

具体而言，根据下列分析测量，DI或蒸馏水依据ACS Specifications的最大容许限为：

＊加入换算成增加的微西门子·em^-1

但是，含沸石的吸附剂介质，例如，纸介质，如含锂沸石的纸的大规模生产常需要的去离子或蒸馏水的大量生产是麻烦和昂贵的。因此，需要改进的不严格要求使用DI或蒸馏水作为唯一水源的湿法成网含锂沸石的纸的方法和因此由其制成的改进的含沸石的吸附剂介质产品。

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