论文部分内容阅读
相对于有机膜和其他无机膜,分子筛膜具有多种优点,包括:良好的抵抗高温、高压和酸碱等化学腐蚀性、优异的机械稳定性、分子尺寸级别且均匀的孔径、可交换的孔道内阳离子、可调节的骨架硅铝比以及可用其他原子来替代的T位原子（Si、Al）等。因此,分子筛膜在吸附分离、催化膜反应器以及传感器等领域内具有广泛而重要的应用。如何制备致密且高渗透通量的分子筛膜一直是研究的难点和热点。本论文中开展了在陶瓷管内壁上合成MCM-22和ZSM-5分子筛膜的研究。MCM-22和ZSM-5分子筛,相对于目前研究报道较多的A型分子筛膜而言,这两种分子筛膜具有更好的稳定性和更为广泛的应用范围。论文研究工作中,筛选和优化了分子筛膜的合成条件,并考察了所合成分子筛膜对于气体的渗透分离性能。主要研究内容和结果如下:（1）管状氧化铝陶瓷管内表面上MCM-22分子筛膜的合成及性能研究。首先合成出了 MCM-22晶体及ITQ-2分子筛晶体,并分别将其用作分子筛膜二次生长法中的晶种以及分子筛膜合成前的载体表面修饰剂。详细考察了各种合成条件对分子筛膜合成的影响,包括:合成体系的水含量、碱度和硅铝比以及晶化时间、ITQ-2修饰次数,获得了优化的合成条件。对所合成的MCM-22分子筛膜的结构和形貌进行了表征,并测试了其气体渗透分离性能。结果显示,合成液各组分的摩尔比为 0.5HMI:0.075Na2O:1.OSiO2:0.033Al2O3:54H2O,150℃条件下合成 96h,550℃温度下以0.5℃/min的升/降温速率焙烧5h,获得的分子筛膜性能最好。对MCM-22分子筛前驱体具有的层状结构进行剥离,得到具有MCM-22分子筛单层结构且又具有大比表面积的ITQ-2分子筛。利用ITQ-2分子筛修饰载体,合成MCM-22分子筛膜。XRD和SEM结果表明,在氧化铝陶瓷管上合成了均匀致密的分子筛膜。合成的MCM-22分子筛膜厚度为17.32μm,选择性为3.65,表明合成的MCM-22分子筛膜含有一定的气体分离能力,对应的气体渗透率分别是H2为 1.09×10-6 mol·s-1.m-2·Pa-1,N2 为 2.98×10-7 mol·s-1·m-2·Pa-1。（2）管状氧化铝陶瓷管内表面上ZSM-5分子筛膜的合成及性能研究。在未经高岭土修饰和经过高岭土修饰的管状氧化铝陶瓷管载体上,分别合成了 ZSM-5分子筛膜。详细考察了合成体系的硅铝比、水含量、模板剂用量、合成时间等因素的影响,获得了优化的合成条件。对所合成的ZSM-5分子筛膜的结构和形貌进行了表征,并测试了其气体渗透分离性能。结果表明,当合成液中各组分的摩尔比为 0.8TPAOH:5TEOS:500H2O:4NaOH:0.015NaAlO2,温度为 180℃,合成 12h,550℃下以0.5℃/min的速率焙烧8h,XRD和SEM结果表明所合成的膜具有较好的相貌。随后,为了减少合成膜的缺陷、提高分子筛膜的渗透选择性,利用富含硅铝成分的高岭土对载体作进一步修饰。在修饰层上用改进方法合成的分子筛膜单组份气体渗透结果表明对H2/N2的选择性为4.15,此时气体的渗透率是H2为1.36×10-6mol·s-1.m-2·Pa-1,N2 为3.28×10-7 mol·s-1·m-2·Pa-1。