NaA分子篩膜及分子篩-炭復(fù)合膜的制備與應(yīng)用.pdf

1、滲透蒸發(fā)是用于液體混合物分離的一種新型膜分離技術(shù)，與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相比，滲透蒸發(fā)具有分離效率高、能耗低、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。目前使用的滲透蒸發(fā)膜大多數(shù)為有機(jī)高分子膜，因其具有化學(xué)和熱穩(wěn)定性差、容易產(chǎn)生濃差極化、分離因數(shù)低等致命缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。 沸石膜具有化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性、孔徑均一和物料傳輸快等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在滲透蒸發(fā)操作過(guò)程中。NaA沸石膜由于具有高度親水性，和介于水分子與大部分有機(jī)物分子之間的孔徑

2、，使其成為滲透蒸發(fā)有機(jī)溶劑脫水操作過(guò)程最理想的沸石膜，同時(shí)NaA沸石由于孔口直徑小，成為分離小分子氣體的理想材料。因此開展NaA沸石膜滲透蒸發(fā)脫水和NaA沸石復(fù)合膜氣體分離方面的研究具有重要的意義。 本文利用熱浸漬引入晶種法，在載體外表面水熱合成NaA沸石膜；利用浸漬提拉法在α-Al2O3載體上制備NaA沸石/炭復(fù)合膜，研究了復(fù)合膜的氣體滲透規(guī)律；然后將制備的NaA沸石膜應(yīng)用在乙醇脫水操作過(guò)程中，并利用分子探針法，研究了膜法乙醇

3、脫水的滲透特性，再將制備的NaA沸石膜應(yīng)用在氯代甲烷脫水、糠醛脫水和乙二醇二甲醚脫水體系中。實(shí)驗(yàn)主要結(jié)論如下： (1)、利用熱浸漬引入晶種法，制備NaA沸石膜，發(fā)現(xiàn)NaA沸石膜在親水性α-Al2O3載體的生長(zhǎng)速度上比在疏水性炭載體和不銹鋼載體上快2倍；利用浸漬提拉方法，制備沸石/炭復(fù)合膜，NaA沸石/炭復(fù)合膜在室溫下的CO2氣體滲透通量為3.39×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1，比在同樣條件下合成的炭膜高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，

4、且CO2/N2和CO2/CH4的分離因數(shù)分別為6.02和28.4，通過(guò)氣體吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)NaA分子篩加入到炭材料中，提高了炭材料對(duì)于CO2/N2的吸附選擇性，并且根據(jù)Beta沸石/炭復(fù)合膜的氣體滲透規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了復(fù)合膜的滲透通量與沸石填充量成正比。 (2)、將NaA沸石膜應(yīng)用到乙醇脫水操作體系中，研究了進(jìn)料流速、進(jìn)料溫度、進(jìn)料乙醇含量和滲透?jìng)?cè)壓力等因素對(duì)膜法乙醇脫水性能的影響，通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，NaA沸石膜對(duì)于水/乙醇體系的滲透通

5、量和分離因數(shù)分別為0.88kg·m-2·h-1和15600；并利用分子探針法研究了NaA沸石膜滲透蒸發(fā)乙醇脫水滲透規(guī)律，發(fā)現(xiàn)對(duì)于乙醇脫水分離因數(shù)超過(guò)10000的NaA沸石膜存在晶間孔，并確定晶間孔的尺寸在0.82nm到1.02nm之間，進(jìn)而進(jìn)一步證實(shí)了NaA沸石膜乙醇脫水分離機(jī)理為吸附擴(kuò)散分離機(jī)理。 (3)、利用NaA分子篩膜滲透蒸發(fā)(蒸汽滲透)脫除氯代甲烷中微量水，系統(tǒng)地考查了進(jìn)料溫度、壓差以及進(jìn)料流量對(duì)膜法脫水性能的影響。結(jié)

6、果表明：(a)利用吹掃氣法，對(duì)于水/一氯甲烷操作體系，其分離因數(shù)高達(dá)74800，產(chǎn)品水含量由進(jìn)料側(cè)的2580PPm，降低到50PPm；(b)利用抽真空法，對(duì)于水/一氯甲烷操作體系，其分離因數(shù)高達(dá)32500，產(chǎn)品的水含量由進(jìn)料側(cè)的2580PPm，降低到36PPm；(c)對(duì)于二氯甲烷脫水體系，水/二氯甲烷分離因數(shù)和滲透通量分別為39900和0.172kg·m-2·h-1；(d)對(duì)于氯仿脫水體系，操作溫度為50℃時(shí)，水/氯仿分離因數(shù)和滲透通量

7、分別為57300和0.564kg·m-2·h-1；(e)對(duì)于四氯化碳脫水體系，操作溫度為60℃，水/四氯化碳分離因數(shù)和滲透通量分別為68200和0.612kg·m-2·h-1。 (4)、利用NaA分子篩膜滲透蒸發(fā)法制備高純糠醛和乙二醇二甲醚，系統(tǒng)地考查了進(jìn)料流速、操作溫度和進(jìn)料糠醛含量對(duì)糠醛脫水性能的影響，通過(guò)優(yōu)化操作條件，經(jīng)過(guò)NaA分子篩膜處理后的產(chǎn)品糠醛含量從進(jìn)料的89.6wt.％提高到99.52wt.％；對(duì)于應(yīng)用滲透蒸發(fā)制