介孔沸石在NaA沸石分子篩膜合成中的應(yīng)用.pdf

1、NaA沸石分子篩膜具有很強(qiáng)的親水性，在有機(jī)物脫水領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。雖然目前國內(nèi)外已經(jīng)有NaA沸石分子篩膜滲透汽化的工業(yè)化裝置，但是降低NaA沸石分子篩膜的成本仍然是重要的研究方向。采用中空纖維和大孔氧化鋁管作載體有望降低NaA沸石分子篩膜的成本。采用中空纖維作載體時可以獲得高通量的沸石分子篩膜，但是常用的納米晶種的制備過程復(fù)雜;而采用廉價的大孔氧化鋁管作載體時沸石分子篩膜的通量較低。針對這兩個問題，本論文進(jìn)行了以下兩個方面的研究:

2、(1)提出采用介孔沸石晶體制備納米晶種，使用浸涂-滾擦法涂晶，利用二次生長法在中空纖維表面制備沸石分子篩膜;(2)為了充分利用介孔沸石的低擴(kuò)散阻力，在大孔氧化鋁管表面構(gòu)建介孔沸石組成的分子篩膜。主要的研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)由介孔NaA沸石剝離的納米晶體作晶種制備NaA沸石分子篩膜
　　合成了帶有介孔的NaA沸石分子篩晶體，簡稱介孔NaA沸石。通過簡單的刮擦和研磨證明了介孔NaA晶體的機(jī)械強(qiáng)度低于普通NaA晶體。研磨

3、10 min可以由微米級的介孔NaA晶體得到約10％的納米晶體，而從普通NaA沸石晶體得到的碎塊非常少。因此，采用研磨的介孔NaA晶體晶種液在氧化鋁中空纖維載體表面由浸涂法涂晶后，100℃合成僅2h可以誘導(dǎo)生成致密的NaA沸石分子篩膜。將此晶種液離心除去微米級顆粒后，在中空纖維表面浸涂-滾擦涂晶，100℃合成3h得到的膜層致密均一，對90 wt％的乙醇/水溶液在75℃下的分離因子大于10，000，通量達(dá)到8.38 kg m-2h-1。而

4、由普通NaA晶體采用相同方法制得的膜層由于缺少足夠的品種而存在明顯的孔洞和缺陷。總而言之，納米NaA晶體容易通過研磨微米級的介孔NaA晶體和低速離心分離（或較長時間沉降）而獲得，避免了傳統(tǒng)方法合成納米沸石晶體所需的復(fù)雜分離步驟，且收率高。由此獲得的納米沸石晶體不僅能用于沸石分子篩膜的制備，還有望用于催化等其他領(lǐng)域。
　　(2)介孔沸石晶體直接作品種制備NaA沸石分子篩膜
　　將介孔沸石晶體直接作為晶種采用浸涂-滾擦的涂晶方式

5、，在氧化鋁中空纖維載體表面成功制備了NaA沸石分子篩膜。考察了以含有不同介孔體積的NaA-1、NaA-3和NaA-5為晶種合成的膜層分離性能，結(jié)果表明沸石晶體含有的介孔體積越高，越容易誘導(dǎo)合成出致密的沸石分子篩膜。當(dāng)使用NaA-5介孔晶體為晶種時，水熱合成1h即可以得到分離因子大于10，000的約600 nm厚的超薄膜，通量高達(dá)9.32 kg m-2 h-1。通過與傳統(tǒng)方法合成的180 nm納米晶體誘導(dǎo)的膜層進(jìn)行對比，證明了介孔NaA-

6、5晶體刮擦涂晶后在載體表面覆蓋了一層大小約為120nm的晶體的晶種層，而且小晶體對于中空纖維載體上成膜具有更好的促進(jìn)作用。
　　(3)介孔NaA沸石分子篩膜的制備研究
　　嘗試了在大孔氧化鋁管上構(gòu)建介孔NaA沸石分子篩膜，考察了合成方式、晶種類型、涂晶方式、合成液堿度和致介孔劑TPHAC（二甲基十六烷基[3-（三甲氧基硅基）丙基]氯化銨）含量以及硅源類型對于介孔NaA沸石分子篩膜形貌和分離性能的影響，然后通過焙燒去除致介孔劑

7、，最后對焙燒后的膜層進(jìn)行修復(fù)。研究結(jié)果表明，轉(zhuǎn)動合成的方式能夠保證致介孔劑TPHAC在合成液中均勻分散，而且普通NaA沸石晶體比介孔沸石晶體作為晶種更容易誘導(dǎo)致密膜層。與此同時，較低的晶化速率以及適中的TPHAC含量有利于形成致密的介孔NaA沸石分子篩膜，例如以九水硅酸鈉為硅源時，采用2.5 Na2O∶ SiO2∶0.67 Al2O3∶200 H2O∶0.03 TPHAC的配方;或者以晶化速度較慢的硅酸鈉為硅源，采用2.2 Na2O∶2