ts1沸石催化膜的制备与氧化反应性能研究

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1、大连理工大学硕士学位论文引言催化膜及膜反应器过程的研究具有多学科性，近年来已经吸引了许多学科的研究者进行这一领域的研究，这些学科包括材料科学，化学和生物学，生物化学工程等。膜反应器系统，不仅仅是把膜分离单元与化学反应器简单地组合起来，而是通过一定方式，把这两个单元相互耦合起来，从而对分离效率、选择性和产率产生潜在的增强性能。这种组合使过程更加紧凑，设备投资更小，操作费用会降低。在过去20年内，这一技术概念引起了全世界研究和过程开发的关注。膜反应器的应用已从最初的单纯的分离作用发展到催化和分离集于一身，应用范围也大大扩展，在脱氢反应，加氢反应，氧化反应等催化

2、反应领域有广泛地应用。膜反应器与生物工程结合可以制备膜生物反应器，在废水的生物转化，精细生物制品等领域也有广泛地应用。近年来，将膜反应器与微反应器结合起来，组装微型膜反应器用于催化应用，也取得了一定的进展。综上所述，表明膜反应器已经成为一种具有广泛应用前景的过程操作，对其的研究具有经济上和战略上的意义。但是膜反应器要全面实现商业化，仍需要研究更稳定和更有效的膜。其中对膜材料的选择，及膜材料生产成本的控制，膜反应器的过程设计和反应器的分析，仍需进行大量的研究工作。本论文采用以具有独特催化氧化活性的TS-1沸石膜作为膜反应器的膜材料，研究了其制备条件，并组装循

3、环管膜反应器及微型膜反应器，进行了膜反应器催化性能的研究，提供了一种具体组装膜反应器的思路和方法。TS-1沸石催化膜的制各与氧化反应性能研究1文献综述1．1膜催化技术概述膜催化技术的概念是从60年代提出来的，最初的设想是将反应和分离两个彼此独立的单元过程合并为一个单元操作，使化工系统摆脱繁杂的反应混合物分离系统成为可能。最近二三十年，膜催化的技术得到迅速发展，该技术已经成为当今催化学科的前沿，具有十分重要的工业应用价值，它可能引起化学工业中某些工业技术的变革和突破性发展，被誉为催化学科未来三大发展方向之一(分子水平的均相催化。分子筛的择型催化，膜催化)。膜

4、催化技术发展到现在，从刚剐开始的简单的反应器和分离器的串联，变成材料科学，催化科学，生物学，化学和生物化学工程等多学科交叉的膜反应器系统。最初的膜反应器，仅仅是反应器和膜分离器的简单串联，膜的作用只是将反应产物移走，打破可逆反应的热力学平衡，提高反应产率，现在发展到膜具有催化功能，本身能够催化反应进行。应用的领域得到极大的扩展【j】口早期的膜反应器大多采用有机膜，一般应用于低温反应。由于工业上许多催化工程要求在高温和非常苛刻的化学反应条件下进行，对于该类反应过程，采用膜催化技术对膜材料提出很高的要求。20世纪80年代，随着无机膜产品的出现及其制备技术的不断

5、提高，人们对无机膜反应器的研究也取得了很大的进展，新的膜材料使膜反应器也开始了实质性的研究进展。无机膜具有耐高温稳定性，优良的化学和机械稳定性，使其在膜反应器这一领域，相对有机膜具有更多的优势田。沸石分子筛膜是由分子筛共生所得到的有载体膜或无载体膜，属于无机膜的一种，它具有一般无机膜的特性，不但满足膜反应器苛刻的化学反应条件要求，且继承了分子筛的特点，使它具有更为突出的优点[31。如膜孔径尺寸大小接近分子尺寸、且均一，从而可提供很高的分离选择性，直孔道能使物质快速扩散，较高的环境稳定性可用于苛刻的环境，沸石晶内孔可以修饰从而增强其吸附渗透性能，更重要的是，

6、沸石本身是一种催化剂，制成的沸石膜反应器具有催化的功能，这为膜反应器的应用提供了广阔的前景。1．1．1膜反应器的定义和组装方法膜反应器是～个比较广泛的概念，且有多种形式，并且随着研究的进展，它的内涵和外延在不断地扩展。一般来说，利用有机膜或者无机膜的某种特性组装成的反应器都可以称为膜反应器。膜在膜反应器中可以起到分离或者催化作用，分隔或者仅仅是维持大连理工大学硕士学位论文两相平衡及相间扩散的一个界面，控制反应物的输入，反应与反应的耦合，相问传递的强化，反应分离过程集成等。这种特性能达到提高反应速率，改善反应选择性，近二十年来，人们对膜反应器的开发研究进行了

7、大量工作，提出不同的组装思路，开发出了多种多样的膜反应器。组装膜反应器的方法很多，根据催化剂、膜层、载体的结合方式，膜反应器主要有4种组装方式，如图1．1所示。图1．1a采用将催化剂颗粒或小球粘结在膜表面的方法，催化剂颗粒起到催化作用，下层膜可以分离产物。图1．1b采用直接在载体上涂敷或者生长一层膜的方法。该层膜可以起到分离或者催化的作用。图1．1c是将催化活性组分嵌入到膜层内部，使原本只具有分离作用的膜层具有了催化活性。图1．1d采用组装复合膜层的方法，上层膜具有催化功能，下层膜用于分离。膜反应器单元的结合方式比较灵活，膜层可以具有催化活性或者选择分离性

8、，或者二者兼有，还可以将分离膜层和催化膜层组装成复合膜层。㈤面面b