[发明专利]基于纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜的结构化固定床

说明书

技术领域

本发明涉及吸附与催化技术领域，特别涉及一种基于纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜的结构化固定床。

背景技术

分子筛具有规则的微孔孔道；微孔孔道能让小分子通过而大分子不能通过。因此，分子筛在分离和吸附方面有广泛的应用。由于分子筛本身具有吸附催化性能，可用于分子筛膜反应器中。

在过去几十年，大量研究工作者致力于研究可应用于吸附分离和催化的分子筛膜。分子筛膜主要包括NaA型，NaX型，NaY型，MFI型(ZSM-5，silicalite-1)，MOR型，CHA(SAPO34)型，P型以及ETS-4型钛分子筛膜等。在分子筛膜中，MFI型分子筛膜比较容易合成，且具有很高的吸附催化效果，受到广泛关注。结构化分子筛膜是指在多孔载体上合成的分子筛膜。结构化分子筛膜的制备方法主要有嵌入法、原位水热晶化法、二次生长法以及微波加热法等。其中，二次生长法最为常用。在二次生长法中，常用的载体包括不锈钢、玻璃、单晶硅片、多孔的α-Al₂O₃及陶瓷管或片等。但是，目前所用的载体都是现成的，其形状、厚度及空隙率等均不容易调控；且α-Al₂O₃及陶瓷上的硅和铝容易溶解进入反应溶液，导致分子筛晶体容易堵塞载体孔道；玻璃等无机材料载体机械强度、化学稳定性及传热性能都比较差。这些载体的缺点大大限制了结构化分子筛膜的实际应用。

固定床又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程。传统的颗粒填充固定床吸附器的传质阻力较大且传热性能差；固定床的吸附催化效率和床层利用率受传质传热速率限制都较低；流体通过颗粒填充床时产生的压降较大且无机颗粒传热性能较差，均会导致吸附催化效率降低。

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。

国内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 CN 1836779A；申请号 200710026410.3，公开号 CN 101007270A）用玻璃纤维、陶瓷纤维及金属纤维包覆SiO₂、Al₂O₃及活性炭颗粒制备了复合材料，但是还未见报道纸状烧结微纤负载分子筛膜的复合材料的制备。

如何制备空隙率和强度可调的纸状烧结金属微纤载体，并利用二次生长法在该载体表面成功合成厚度可调控的分子筛膜，且不影响材料的空隙率，这是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的在于克服传统颗粒填充固定床所存在的不足，提供一种基于纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜的结构化固定床；从而使流体流动更加均匀、床层阻力得到有效降低、传热传质得到显著强化、反应接触效率和吸附速率得到明显提高。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜的结构化固定床，包括结构化固定床，所述结构化固定床中装填有纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜。

优选地，所述结构化固定床中还装填有微纤包覆复合材料、吸附剂颗粒和催化剂颗粒中的一种或多种。

优选地，所述纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜通过如下步骤制备：

（1）将胶粘剂和金属纤维按照1~1:1~3（重量比）与水混合形成混合物，混合物在纤维标准解离器中高速搅拌形成均匀浆液；

（2）利用湿法造纸工艺将步骤（1）所得浆液制成纸张式烧结金属微纤载体前驱体；

（3）将步骤（2）所得纸张式烧结金属微纤载体前驱体在105~200℃下干燥；将烘干后的纸张式烧结金属微纤载体前驱体在600~1400℃下并于于N₂或者H₂气氛中烧结10~120分钟，制得具有三维网状结构的纸状烧结金属微纤载体；

（4）将步骤（3）所得的纸状烧结金属微纤载体用阳极氧化法预处理，并通过二次生长法在预处理后的纸状烧结金属微纤载体表面合成纸状梯度化金属微纤复合分子筛膜。

优选地，步骤（3）中所制备的纸状烧结金属微纤载体的空隙率范围为50%~90%。

优选地，步骤（3）中所制备的纸状烧结金属微纤载体的厚度范围为1mm~10mm。