表面泡沫化波紋板填料、用途，陶瓷-活性炭的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于規整填料技術領域，涉及一種表面泡沫化、孔道化波紋板填料，特別適 用于在高真空度下難分離物系的精餾操作。
【背景技術】
[0002] 填料塔是以塔內的填料作為氣液兩相間接觸構件的傳質設備。塔內的填料是其核 心，它決定了傳質傳熱效率。尤其針對難分離物系的分離，填料更為關鍵。難分離物系一般 相對揮發度接近于1，所需理論板數多、回流比大，系統達到穩定的時間長，這會給操作和運 行帶來很大的不便，并且大大增加設備投資費用。因此開發新型高性能的塔填料，對整個傳 質過程至關重要。
[0003] 80年代新型的規整填料不斷涌現，發展至今，規整填料利用其明顯的優勢已經在 傳質分離領域得到廣泛應用。規整填料相對于散堆填料有以下優勢：（1)比表面積大，分離 效率高；（2)通量及操作彈性大；(3)阻力壓降小；(4)放大效應低；(5)持液量少，操作液氣 比和彈性較大，變工況迅速；(6)節能，可降低塔徑；(7)規整填料上的網孔或波紋便于液膜 形成，其波紋的導向性有良好的細分布作用，使液體的溝流減少。
[0004] 規整填料主要分為：絲網類、織網類、格柵類、波紋板類。其中工業上應用的規整 填料絕大部分為波紋填料。現今為提高波紋填料傳質效率，采取在波紋板表面制造孔或縫 隙的方法，增加填料潤濕性和氣液有效接觸面積，降低壓降，提高傳質效率。例如專利號為 "200810052976. 8"的一種篩孔網板波紋填料片和規整填料，它是由表面打有許多孔的波紋 板組成，它是先在平板上打孔，再把平板制作成波紋板，孔的密度非常高，可以達到60%以 上。
[0005] 最近對填料的研究，主要集中于填料材質和構型，且研究已經比較充分，繼續研究 填料的材質和構型，很難促進填料技術的進步。需要研究填料的表面，站在微觀的角度，改 變填料的微觀結構，在填料表面制造微孔道。
[0006] 對此，許多研究者進行了有關泡沫陶瓷、發泡金屬和毛細精餾的一些相關研究工 作，他們設計的初衷是克服現有填料比表面積小，理論板數少，壓降高，重量大，潤濕性差， 孔隙率小的缺點。相關的專利有：專利號為"94223047. 7"的剛玉系列新型微孔陶瓷填料， 它是用剛玉顆粒與粘結劑混合、干燥、燒結而成。它的孔道結構完全由剛玉顆粒間的間隙形 成，這樣形成的孔道結構不夠理想。
[0007] 專利號為"02214650. 4"的泡沫狀陶瓷平板填料，它是利用泡沫陶瓷材質做成平板 的形狀，在平板上設計不同形狀的溝槽。在仿制發泡陶瓷波紋板的結構，有發泡陶瓷的一系 列優點，但由于外形限制，沒有發泡陶瓷波紋板填料的效果好。
[0008] 專利號為"200510032704. 8"的泡沫陶瓷環形填料，它是將發泡陶瓷材質做成了拉 西環的形狀。由于壁面存在很多孔道，這樣它就有了鮑爾環和絲網填料的特點，直徑為25mm 的陶瓷環填料，其孔隙率達到90%以上，壓降為同型號陶瓷填料的48% -68%，不銹鋼填 料的71% -88%，傳質單元高度比陶瓷填料降低30% -40%，比金屬填料降低10% -20%。 但是它把發泡陶瓷用在了簡單的拉西環結構上，結構的限制影響了它的傳質效率進一步提 尚。
[0009] 專利號為"200910068734. 2"的發泡鎳規整填料，它是利用發泡樹脂做骨架，在上 面鍍鎳制得發泡鎳，再將發泡鎳平板加工為波紋板。由于這種波紋板內部的孔道結構，使其 比表面積很大，重量輕，壓降低，分離效率比與其對應的金屬絲網波紋板填料提高了 50%。 [0010] 波紋板填料傳質效果優良，是一種在工業上應用最廣泛的規整填料，波紋板的外 形和發泡陶瓷的材質要結合起來，會達到好的效果，但是波紋塑型非常困難。專利號為 "201010219988. 2"的炭化硅泡沫陶瓷波紋規整填料解決了此問題，它是先將有機泡沫切割 成波紋板形狀，再將炭化硅涂覆于板上，然后用模具使之成型。成型后在炭化硅漿液里浸 泡，如此重復數次。此種方法雖在填料內形成了孔道結構，增加了傳質效率，解決了陶瓷填 料不好成型的問題，但是涂覆的炭化硅可能不均勻，操作上難度大，且程序復雜，在反復涂 覆時易堵塞孔道。
[0011] 以上發明雖然都涉及到在填料上增加孔結構，大大增加了傳質效率，但是由于整 個板面存在通透的孔道，它的機械強度不高，易碎，一般的發泡陶瓷抗壓強度為2. 45MPa，而 一般陶瓷填料的抗壓強度為130MPa以上。
[0012] 專利號為"201210383765. 9"的表面化波紋填料，通過在普通的波紋板填料的表面 增加一定厚度的活性炭孔道結構，解決了現有的填料比表面積小、理論板數小、壓降高、重 量大、潤濕性差、孔隙率小、氣液接觸面積少等問題，但是其材質為陶瓷、金屬或合金金屬， 抗腐蝕性差、強度低、韌性低，同時，其表面的活性炭孔道結構存在易掉粉末等問題，使得制 得的產品狀態不穩定，普通活性炭比表面積小、吸附效率低。
【發明內容】
[0013] 本發明的目的在于制作一種泡沫化的表面具有孔道結構的波紋板填料，它解決了 現有塔填料存在的比表面積小、理論板數少、重量大、潤濕性差、孔隙率小、氣液接觸面積少 (只有一板面是氣液接觸面的問題）的問題，同時，能夠保證其材質的抗腐蝕性、穩定性及 韌性等。
[0014] 本發明提供一種表面泡沫化波紋板填料，所述表面泡沫化波紋板填料的構型為 波紋板形式，包括基礎填料層以及位于基礎填料層表面的微孔層，微孔層為具有一定厚度 的立體微孔結構，立體微孔結構的孔徑在20目-80目之間，微孔層厚度在基礎填料層厚度 的0. 2-0. 6倍之間，將多層波紋板疊加組合即為整體填料，所述基礎填料層的材質為改性 PVC，所述立體微孔結構的材質為陶瓷-活性炭；所述改性PVC的組成原料的重量份為：PVC 樹脂100份、ABS樹脂5-9份、濕滑粉0. 2-0. 4份、硬脂酸鈣4. 5-5. 5份、二鹽基硬脂酸鉛4-7 份、納米氧化鋅〇. 2-0. 6份、蓖麻油2-4份以及竹纖維10份，所述陶瓷-活性炭為酸性多孔 陶瓷-活性炭。其中，所述酸性多孔陶瓷-活性炭的比表面積為1500-2500m 2/g，所述基礎 填料層與立體微孔結構之間通過合成樹脂粘結。
[0015] 其中，所述表面泡沫化波紋板填料可制作出單面立體微孔結構也可以制作出雙面 立體微孔結構。
[0016] 本發明另外通過一種制備所述的表面泡沫化波紋板填料中所述酸性多孔陶 瓷-活性炭的方法，包括如下制備步驟：
[0017] SI :將多孔陶瓷在100-110攝氏度下干燥1小時，抽真空15-60分鐘，在環氧樹脂 浸漬液內浸漬2-14小時；
[0018] S2 :將被浸漬過的多孔陶瓷在室溫下放置8-24小時，放入烘箱中，階梯升溫至100 攝氏度固化0.5-0. 8小時；
[0019] S3 :將經過固化工藝處理的多孔陶瓷-樹脂材料在無氧環境中升溫，150攝氏度起 溫，每分鐘升溫2-10攝氏度，在600-1000攝氏度溫度下進行炭化處理60-180分鐘，在無氧 環境中冷卻到室溫，得到多孔陶瓷-活性炭；
[0020] S4 :將經過炭化工藝處理的多孔陶瓷-活性炭與速溶硅酸鈉、聚乙烯醇、羧甲基纖 維素鈉和碳酸鈉混合、磨粉，得到酸性多孔陶瓷-活性炭半成品；
[0021] S5 :將酸性多孔陶瓷-活性炭半成品在5% -10%的硫酸溶液中浸漬4-8小時，再 在無氧環境中升溫，150攝氏度起溫，每分鐘升溫2-10攝氏度，在600-1000攝氏度溫度下， 以過飽和水蒸氣或二氧化碳為活化介質，活化處理10-120分鐘，在無氧環境中冷卻到室 溫；
[0022] S6 :將經過活化工藝處理的酸性多孔陶瓷-活性炭半成品，用5-10%的鹽酸溶液 酸洗4-12小時，再在烘箱中干燥2-6小時，得到酸性多孔陶瓷-活性炭。
[0023] 其中，所述酸性多孔陶瓷-活性炭半成品各組成成分的含量為：炭化工藝處理的 多孔陶瓷-活性炭90-96%、速溶硅酸鈉1-4%、聚乙烯醇1-4%、羧甲基纖維素鈉1-2%和 碳酸鈉1-2%。
[0024] 其中，所述無氧環境由惰性氣體、二氧化碳和氮氣中的一種或一種以上混合組成。
[0025] 本發明還提供一種表面泡沫化波紋板填料的用途，所述填料適用于高真空下的精 餾過程或者液氣比低時的吸收、解析、氣液反應或者氣液固三相反應過程。
[0026] 本發明的優點在于：
[0027] 1、泡沫波紋板成型簡易。在波紋板擠壓成型前在表面混入陶瓷-活性炭顆粒，以 陶瓷-活性炭作為制作孔道的介質，解