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疏水性分子筛膜由于具有强的憎水和亲有机物特性,对有机物/水体系具有很好的分离性能,可以将其应用于渗透汽化技术对低浓度有机物(例如乙醇,丙酮和甲乙酮等)溶液进行浓缩和提纯。
本文在多孔管状莫来石支撑体外表面上水热合成了TS.1型分子筛膜,并利用XRD、FT-IR、UV-VIS、SEM、接触角和渗透汽化等手段表征了其微观结构、表面性质和分离性能。
首先,论文采用原位法水热合成了TS-1膜,较系统地研究了合成温度、合成时间、合成配方、老化时间、硅源、模板剂、支撑体形貌结构等因素对晶体生长和膜分离性能的影响。其优化条件(硅源:TEOS;合成液配比n(SiO2):n(TPAOH):n(TBOT):n(H2O):n(H2O)=1:0.17:0.02:120:2.39;老化时间:1 h;合成温度:200℃;合成时间:24 h)下合成的最好性能的TS-1膜对乙醇/水体系(乙醇浓度:5、wt.%,60℃)的渗透汽化性能表现出了对乙醇的高选择性,分离因子为79,通量为0.48 kg/m2·h),渗透侧乙醇的浓度达到80.6wt.%。实验结果也说明,TS-1分子筛膜的渗透汽化分离性能受到许多因素共同作用的影响,合适原料的选取以及支撑体形貌结构也是合成高性能TS-1膜过程中不可忽视的因素。
其次,采用不同的合成流程水热合成了TS-1分子筛,并对所合成的分子筛进行了表征,通过环己酮氨肟化反应考察了所合成的TS-1分子筛的活性。结果表明采用合成配比为n(SiO2):n(TPAOH):n(TBOT):n(H2O):n(H2O2)=1:0.2:0.02:50:2.39制得的分子筛具有较高的催化活性。使用合成的分子筛做晶种制备TS-1分子筛膜,发现较高活性的TS-1分子筛做晶种所制备的TS-1膜具有较高的渗透汽化性能。另一方面,采用晶种法和原位法制备的TS-1膜在微观结构(晶体大小、膜层厚度、晶体取向)上存在很大的差别。和原位法相比,晶种法可以大大缩短合成时间,反应8 h就能制备出具有较好分离性能的TS-1分子筛膜,该膜对乙醇/水体系的分离因子为53,渗透通量达到了1.22 kg/m2·h。同时,晶种法合成的膜在通量上具有较明显的优势;而原位法制备的膜则具有较高的分离因子。分析实验数据发现,在优化条件下合成的TS-1膜具有较好的重现性。