[发明专利]一种具有表面微-纳结构的水精馏填料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有表面微‑纳结构的水精馏填料及其制备方法，所述水精馏填料的材料为金属，填料表面具有由变价金属氢氧化物的高表面能晶面组成的微‑纳结构；所述制备方法包括：对水精馏填料原料进行除油脱脂、对水精馏填料原料进行表面羟基化处理和水精馏填料原料表面微‑纳结构化处理三个步骤。本发明公开的具有表面微‑纳结构水精馏填料，是一种全新的水精馏填料，其分离效率大幅度提升，利用本发明的水精馏填料够降低水精馏装置的填料高度，使水精馏装置小型化，降低投资成本和能耗。

技术领域

本发明属于水精馏填料表面处理处理领域，尤其涉及一种具有表面微-纳结构的水精馏填料及其制备方法。

背景技术

水精馏技术在重水、重氧水以及贫氘水生产领域被广泛使用，在内陆核电站含氚废水去氚、乏燃料后处理厂含氚废水去氚以及聚变堆包层冷却水去氚等领域有巨大的应用前景。由于轻水/重水/重氧水/氚化水之间的相对挥发度极小，水精馏生产过程所需理论板数多、回流比高、装置庞大、需要多塔级联，投资成本和能耗都较高。为了减小水精馏装置规模，减少投资成本并提高操作经济性，需要尽可能提高水精馏填料的分离效率。

水精馏填料分离效率受到介质的物理性质，特别是粘度和表面张力等的影响，若直接将石油化工领域使用的常规精馏填料用于水精馏填料，那么水在填料表面难以有效铺展成膜，分离效率很低。为提高水精馏填料分离效率，需对常规商用填料作表面处理，尽可能直接增加填料的宏观表面积，并对不同材质改变填料的表面性质，增进亲水性，提高传质效率。

现有技术中通过对填料进行表面处理后，对于含水物系填料分离效率提升了约10～30％，天津大学和中国工程物理研究院核物理与化学研究利用表面氧化的方法对水精馏填料表面改性后，其水精馏填料的分离效率得到了很大提升，分离效率提升了84.2％～141.7％，但该填料用于水精馏时装置高度和体积仍然较大，还需进一步对水精馏填料进行进一步的改进。

因此，亟需一种高分离效率的水精馏填料，该水精馏填料具有较高的分离效率，利用其能够降低水精馏装置的填料高度，使水精馏装置小型化，降低投资成本和能耗。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种新型水精馏填料，该填料表面具有微-纳结构，该水精馏填料具有较高的分离效率，利用其能够降低水精馏装置的填料高度，使水精馏装置小型化，降低投资成本和能耗。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种具有表面微-纳结构的水精馏填料，所述水精馏填料的材料为金属，填料表面具有微-纳结构，所述微-纳结构由变价金属氢氧化物结晶形成。

优选的，所述金属为不锈钢、磷青铜、紫铜、镍和铝其中任意一种。

优选的，所述变价金属氢氧化物为铝氢氧化物、铜氢氧化物、锰氢氧化物、钴氢氧化物、镍氢氧化物和钛氢氧化物中的任意一种或多种。

优选的，所述微-纳结构为针状微-纳结构、雪花状微-纳结构、片状微-纳结构和树枝状微-纳结构中的任意一种。

一种具有表面微-纳结构的水精馏填料的制备方法，所述方法包括：

S1：利用脱脂剂或有机溶剂对水精馏填料原料进行除油脱脂；

S2：利用等离子体清洗装置对水精馏填料原料进行表面羟基化处理；

S3：进行水精馏填料原料表面微-纳结构化处理，清洗、干燥得到具有表面具有微-纳结构水精馏填料。

优选的，所述步骤S1包括以下步骤：

S11：根据水精馏填料原料表面油污的含量选择脱脂剂或有机溶剂；

S12：将水精馏填料原料浸泡在脱脂剂或有机溶剂溶液中，利用超声波进行清洗；

S13：采用去离子水清洗，除去水精馏填料原料表面的残余脱脂剂或有机溶剂。