一種極性物質吸附分離與提純材料及其制備方法與流程

本發明涉及分離與提純領域，更具體地涉及一種用于極性物質吸附分離與提純材料領域。

背景技術：

物質分離包括氣氣分離、氣液分離、氣固分離、液液分離、液固分離,在傳統化工生產單元操作過程中涉及的分離方法主要包含物理分離和化學分離兩種,其中物理分離又包括精餾、萃取、機械過濾、吸附、靜電吸附等。

精餾主要針對液液分離，根據混合物中物質沸點差異進行分離操作，但是分離得到的產物多為一定餾程范圍的混合物，分離精度較低，特別對于油品生產企業，分離后的產物含有一定的有機酸、堿性氮等極性物質，造成產品的酸值、堿值超標；萃取主要針對液液分離，根據不同物質在特定萃取劑里的溶解度不同進行分離操作，但是分離過程中伴隨萃取液產生，必須對萃取液進行再分離操作，工序較為復雜，而且分離所得的產物收率較低，一般不超過90％；機械過濾主要針對氣固分離、液固分離，根據過濾要求，采用不同精度的濾芯對氣體或液體中的固體顆粒物進行篩分分離操作，但是這種機械過濾方式容易堵塞濾芯，特別是對于固體含量較多且過濾精度要求高的物質，過濾效率較低；吸附主要針對氣氣分離、氣液分離、液液分離，利用吸附劑(例如分子篩、白土等)特有的微孔結構，對流體中的大分子物質或雜質成分進行吸附分離，但是這種吸附方式所使用的吸附劑均有吸附容量，失活之后需要重新裝填吸附劑，成本較高，且產生的失活吸附劑會對環境造成二次污染。

靜電吸附是近些年興起的一種較為先進的氣固、液液、液固分離方式，主要應用于氣體靜電除塵、污水處理,油品凈化等方面，這種分離方式主要利用高壓靜電場原理，對正負兩極板施加電壓(幾百—幾萬伏)，使正負兩極板間形成高壓靜電場，利用高壓靜電場場能對流經電場的流體介質中的帶電荷的極性物質進行做功，使其發生定向泳動，并被正負兩極板間的材料粘附，達到物質分離的目的，但是這種分離方式在處理水分或極性雜質含量較高的介質時，當電場電壓和電流較高時，容易發生擊穿放電現象，造成嚴重的生產事故。

化學分離主要是通過人為添加化學組分，與分離物質中的極性雜質發生不可逆的化學反應，形成固體顆粒或氣體組分，從而起到物質分離的作用，但是這種分離方式會不可避免的產生化學反應副產物，會對環境造成一定的污染，例如油品生產過程中的酸堿精制，由于在“酸洗”過程中產生大量的酸渣，污染環境，國家已明令禁止使用。

為了彌補上述現有技術的不足，本申請提出一種極性物質吸附分離與提純材料及其制造方法，可以實現極性物質與非極性物質的有效分離，包括氣氣分離、氣液分離、氣固分離、液液分離、液固分離,在滿足安全、環保要求的同時保證物質的分離精度、收率及純度。

技術實現要素：

本申請的技術方案如下：

一種極性物質吸附分離與提純材料，所述材料包括經陰極改性劑浸泡改性處理后得到陰極纖維床層和經陽極改性劑浸泡改性處理后得到陽極纖維床層，所述纖維床層經吸附纖維和骨架纖維經過混紡制成。

作為優選，陰極改性劑為金屬類陰性亞微米粉體材料，選自：氧化鎂、氧化鋅、氧化鋯、氧化鎳、氧化鈀、氧化鈦、氧化鉻、氧化銠、氧化錸、氧化鉬、氧化釩、氧化錳、氧化砷、氧化銅、氧化鈣、氧化銥、氧化鉑、氧化鉈、氧化鐳、氧化銻、氧化鈷、氧化鎘、氧化鍺、氧化釙、氧化鎵、氧化銦、氧化鋰、氧化鈹、氧化鉍、氧化鈮的單體或混合物等。

進一步地，金屬類陰性亞微米粉體材料優選氧化鎂、氧化鋅、氧化鋯、氧化鎳、氧化鈀、氧化鈦、氧化鉻、氧化砷、氧化銅、氧化鈣的單體或混合物等。

作為優選，陽極改性劑為金屬類陽性亞微米粉體材料，選自：鈦酸鎳、鈦酸鉈、鈦酸銻、鈦酸釩、鈦酸鎘、鈦酸鍺、鈦酸釙、鈦酸銥、鈦酸鉑、鈦酸鋇、鈦酸銠、鈦酸鐳、鈦酸鉬、鈦酸銅鈣、鈦酸鎵、鈦酸銦、鈦酸鋰、鈦酸鈹、鈦酸鉍、鈦酸錸、鈦酸鋁、鈦酸鍶、鈦酸鈷、鈦酸鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鋅、鈦酸鉻、鈦酸砷、鈦酸鎂的單體或混合物等。

進一步地，金屬陽性亞微米粉體材料優選鈦酸鍶、鈦酸鈷、鈦酸鋯、鈦酸鍶鋇、鈦酸鋅、鈦酸鉻、鈦酸銅鈣、鈦酸砷、鈦酸鋇、鈦酸鎂的單體或混合物等。

所述吸附纖維含有大量的納米級孔道，比表面積大，可為極性物質及大分子物質提供大量的附著位點，骨架纖維主要為改性劑提供支撐附著表面。

作為優選，吸附纖維與骨架纖維按比例1:1比例混紡制成，為分離材料提供基本基材。

所述材料還包括粘合堿性水溶液，粘合堿性水溶液采用液體硅酸鈉或液體硅酸鋇與蒸餾水按一定體積百分比配合攪拌制成，所述液體硅酸鈉或液體硅酸鋇的體積分數為10％-90％。根據氣候溫度的不同，夏季氣溫較高，液體硅酸鈉或液體硅酸鋇所占的體積分數可提高至90％，冬季氣溫較低，液體硅酸鈉或液體硅酸鋇所占的體積分數可降低至10％。其主要作用是使亞微米級粒徑的改性劑均勻地分散在液體分散劑中，并且通過其粘附作用，將改性劑粘附在骨架纖維上，不易脫落。

所述極性物質吸附分離與提純材料的制備方法如下：

將陽極改性劑與粘合堿性水溶液組成的陽極改性分散相均勻、致密地粘附在纖維床層上得到陽極纖維床層，將陰極改性劑與粘合堿性水溶液組成的陰極改性分散相均勻、致密地粘附在纖維床層上得到陰極纖維床層，將陽極纖維床層與陰極纖維床層疊合，其具體制備步驟：

(1)將陽極改性劑配料攪拌、調和30分鐘，得到混合均勻的陽極改性劑；

(2)將陰極改性劑配料攪拌、調和30分鐘，得到混合均勻的陰極改性劑；

(3)將步驟(1)得到的混合均勻的陽極改性劑與粘合堿性水溶液按一定質量比置于攪拌器內攪拌混合30分鐘至均勻，得到陽極改性分散相；

(4)將步驟(2)到的混合均勻的陰極改性劑與粘合分散劑水溶液按一定質量比置于攪拌器內攪拌混合40分鐘至均勻，得到陰極改性分散相；

(5)將纖維床層浸泡在步驟(3)中的陽極改性分散相中，浸泡時間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陽極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陽極纖維床層；

(6)將纖維床層浸泡在步驟(4)中的陰極改性分散相中，浸泡時間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陰極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陰極纖維床層；

(7)將陽極纖維床層與陰極纖維床層疊合，得到極性物質吸附分離與提純材料。

一種極性物質吸附分離濾芯，包括極性物質吸附分離與提純材料、誘導板、固定支撐結構板、主軸，所述極性物質吸附分離與提純材料和誘導板固定于固定支撐結構板上方。

所述吸附分離濾芯，適用于生產過程中的分離與提純操作。

作為優選，所述誘導板采用金屬孔板材料制成，在正常工作時與電源正極(或負極)連接,誘導極性物質吸附分離與提純材料產生極化效應,并通過纖維床層中的吸附纖維對流經內部的極性物質進行吸附分離。

作為優選，固定支撐結構板采用高分子樹脂(或金屬)孔板材料制成，結構強度高,在濾芯制作過程中包裹在極性物質吸附分離與提純材料中，主要對纖維床層起支撐作用。

作為優選，所述誘導板與支撐結構板間隔排布。

作為優選，所述主軸為金屬材質，通常采用碳鋼經機械加工制成，主要作用是支撐濾芯材料及固定濾芯。

作為優選，在主軸的內側鑲嵌有pvc絕緣層，主要作用是在給誘導板或主軸通電的情況下起絕緣作用。

上述吸附分離濾芯的制備方法如下：

(1)纖維床層經陰極改性劑浸泡改性處理后得到陰極纖維床層；

(2)纖維床層經陽極改性劑浸泡改性處理后得到陽極纖維床層；

(3)步驟(1)得到的陰極纖維床層與步驟(2)得到的陽極纖維床層疊合，得到極性物質吸附分離與提純材料；

(4)將兩張極性物質吸附分離材料對稱敷設于誘導板兩側，然后統一敷設于固定支撐結構板上方，最后經機械壓制或卷制得到極性物質吸附分離濾芯。

極性物質吸附分離與提純濾芯的制作工藝根據分離操作的要求可分為兩種，一種是纖維床層填充型，一種是整體卷制型，可選擇性強，即可實現標準化制作，又可根據根據特定介質針對性設計，滿足所有的流體性物質的分離與提純操作工況。

本發明與現有技術對比，其有益效果在于：

(1)通過對混紡的纖維床層進行改性處理，使纖維床層可在單電板電極的激發誘導下發生極化反應，使纖維床層表面附著的改性物質的質子和電子的排列結構與順序發生改變，轉化成為帶正負極性的吸附材料，形成對異性極性分子的吸附勢能，當帶(正負)電荷的極性物質在流經纖維床層時被纖維床層中的吸附纖維吸引、粘附，實現極性物質與非極性物質的有效分離，特別適用于工業粉塵處理、污水凈化、油品精制及循環再生、物質提純等物質分離、提純領域。即可實現有機同相互溶物中極性與非極性物質的純物理分離，又可實現非同相物質的分離、凈化，適用于氣氣分離、氣液分離、氣固分離、液液分離、液固分離等多種物系分離操作，應用范圍廣，材料的適應性強。完全依靠改性處理后的極性吸附材料來實現流體介質的分離與提純的目的。

(2)由于采用單電板電極激發誘導方式,靠激發誘導發生極化效應的改性纖維床層進行吸附分離與提純,完全區別于傳統電吸附或靜電吸附過程中利用高壓靜電場場能對極性物質進行做功的原理,完全避免了在物質分離過程中擊穿放電現象，消除了安全隱患，擴大了應用范圍,安全、高效、環保。

(3)極性材料通過單極電源的通電與斷電，產生極性與喪失極性，從而達到吸附與解吸的效能，實現大容量、反復的再生與使用，大大提升了極性材料的吸附能力與處理能力，從而實現大規模工業化生產的目標。

(4)采用纖維狀床層主動吸附方式，纖維床層內部松散，呈不規則的絮狀排布，孔道較大，特別適用于雜質含量高、水分含量高以及含有有機酸性氧化物、堿性氨氮化合物包括帶有酸堿極性結構基團的炭黑顆粒物的介質的大規模、連續化分離與提純操作，使分離、提純后的介質的清潔度、酸值(酸度)、堿值、微水含量等質量指標完全達到理想指標。

附圖說明

附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。

圖1為本發明實施例中極性物質吸附分離與提純材料的結構示意圖；

圖2是本發明實施例中極性物質吸附分離濾芯的結構示意圖；

圖3是本發明實施例中極性物質吸附分離濾芯的剖面示意圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于所列舉的具體實施方式，還包括實施方式之間的任意組合。

結合附圖1所示，一種極性物質吸附分離與提純材料，所述材料包括經陰極改性劑浸泡改性處理后得到陰極纖維床層1和經陽極改性劑浸泡改性處理后得到陽極纖維床層2，所述纖維床層經吸附纖維和骨架纖維經過混紡制成。吸附纖維與骨架纖維按比例1:1比例混紡制成。

所述材料還包括粘合堿性水溶液，粘合堿性水溶液采用液體硅酸鈉或液體硅酸鋇與蒸餾水按一定體積百分比配合攪拌制成，所述液體硅酸鈉或液體硅酸鋇的體積分數為10％-90％。

所述極性物質吸附分離與提純材料的制備方法如下：

(1)將陽極改性劑配料攪拌、調和30分鐘，得到混合均勻的陽極改性劑；

(2)將陰極改性劑配料攪拌、調和30分鐘，得到混合均勻的陰極改性劑；

(3)將步驟(1)得到的混合均勻的陽極改性劑與粘合堿性水溶液按一定質量比置于攪拌器內攪拌混合30分鐘至均勻，得到陽極改性分散相；

(4)將步驟(2)到的混合均勻的陰極改性劑與粘合分散劑水溶液按一定質量比置于攪拌器內攪拌混合40分鐘至均勻，得到陰極改性分散相；

(5)將纖維床層浸泡在步驟(3)中的陽極改性分散相中，浸泡時間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陽極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陽極纖維床層；

(6)將纖維床層浸泡在步驟(4)中的陰極改性分散相中，浸泡時間15-20分鐘，取出纖維床層，將多余的陰極分散相擠出，并將纖維床層烘干，得到陰極纖維床層；

(7)將陽極纖維床層與陰極纖維床層疊合，得到極性物質吸附分離與提純材料。

結合附圖2所示，一種極性物質吸附分離濾芯，包括極性物質吸附分離與提純材料、誘導板3、固定支撐結構板4、主軸5，在使用過程中兩張極性物質吸附分離材料對稱敷設于誘導板3兩側，然后統一敷設于固定支撐結構板4上方，最后經機械壓制或卷制得到極性物質吸附分離濾芯。

結合附圖3所示，誘導板3采用金屬孔板材料制成，在正常工作時與電源正極(或負極)連接,誘導極性物質吸附分離與提純材料7產生極化效應,并通過纖維床層中的吸附纖維對流經內部的極性物質進行吸附分離,固定支撐結構板4采用高分子樹脂(或金屬)孔板材料制成，結構強度高,在濾芯制作過程中包裹在極性物質吸附分離與提純材料7中，主要對纖維床層起支撐作用，誘導板3與固定支撐結構板4間隔排布。主軸5為金屬材質，通常采用碳鋼經機加工制成，主要作用是支撐濾芯材料及固定濾芯，在主軸5的內側鑲嵌有pvc絕緣層6，主要作用是在給誘導板3或主軸5通電的情況下起絕緣作用。

以下示出不同的實施方式，其主要步驟均與以上描述相同，不同之處在于其使用了不同的陽極改性劑、陰極改性劑、粘合堿性水溶液，以下將列表示出具體實施方式(一)至(十)：

以下具體實施方式中，分離效率是根據實驗前后潤滑油酸值指標的下降程度界定。

表1.不同工藝參數下的分離效果表

采用現在市場上已有的機械過濾式、靜電吸附式等過濾技術和設備，過濾后的油品的酸值基本沒有任何變化，對極性與非極性物質的分離基本沒有作用。

本申請完全依靠改性處理后的極性吸附材料來實現流體介質的分離與提純的目的，同時避免了靜電處理時的擊穿放電現象，安全性高，應用范圍廣，實現了大容量、反復的再生與使用，利于大規模工業化生產。特別是完全采用物理選擇性吸附的方式，達到了化學反應產生的效果和結果，是一種完全突破與顛覆性的新型技術，對分離與提純行業的技術進步必將發揮至關重要的價值與作用。

本申請技術方案與其它現有技術相比，具有的優勢進行列表分析如下：

表2.本技術方案與其它現有技術的對比表

現對于現有技術而言，本技術方案具有如下競爭優勢：

(1)本技術方案的工作原理與吸附效果，完全超越現有的機械過濾式、靜電吸附式的凈化工藝技術，吸附能力是以上技術的100-1000倍以上，成本為以上技術的10-30％，是目前國內唯一能使廢油酸值下降，再生為新油標準的技術和設備。

(2)本技術方案是徹底淘汰酸堿精制的新興環保工藝技術與設備。

(3)本技術方案不及加氫精制投資成本的1‰，適合中小規模的油品加工企業，生產成本為加氫精制的25％。

(4)現有技術中，靜電吸附目前是國際與國內物理分離凈化技術領域最先進的應用技術，本技術方案與現有的靜電吸附工藝技術和設備的對比分析如下：

表3.靜電吸附濾油機與極性材料吸附濾油機的對比分析

當然，以上是本發明的優選實施方式。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明基本原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護范圍。