t型沸石膜的放大制备与应用研究

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1、万方数据大连理工大学专业学位硕士学位论文引言能源问题对当今世界各国发展影响重大，低碳节能是人们关注的热点课题。化工属于典型的高耗能行业，化工过程中分离占总能耗的相当一部分(有统计【1】认为是40％～70％)。因此，选择低能耗方法分离物质可以使能源的消耗大大减少，膜分离正是一种效率高能耗低的分离方法。膜是介入两个物相之间的一个中间相，它隔开两相，而又使之互相关联发生质量和能量传递。膜分离过程与人们熟知的传统分离方法如蒸发、分馏相比，其突出优点是效率高，能耗低，操作条件温和简易等。在膜和膜技术发展史上，开发较早且得到广泛应用的是各种有机高分子膜材料，但由于在高温下稳定性差，膜表面容易滋生细菌，

2、柔韧性好但强度低，膜容易皱褶等缺点，对于很多膜分离过程并不适用。无机膜在近十年来发展迅速，与高分子聚合物膜相比，具有一系列独特的优点，在高温下性能稳定性好，耐腐蚀，机械强度大，结构稳定易于清洗再生等，尤其适合在高温、苛刻环境下实际应用需要，因而在食品饮料、医药卫生、生物技术、化工冶金、环境工程以及新能源方面有着广泛的技术应用，是一个方兴未艾的高新技术领域。在分离领域，沸石分子筛膜无疑是最具发展前景的无机膜之一，沸石分子筛是具有规则孔道结构的多孔晶体，由于孔道规则且孔径大小正好在多数分子的尺寸范围之内，因此沸石分子筛制成膜可以实现高效选择性分离。NaA沸石分子筛膜在沸石膜领域研究时间最长、最

3、为成熟、应用最广泛，亲水性极强，在有机物脱水中表现出优异的分子筛分选择性和极高的渗透通量。但NaA沸石膜耐酸性极差，实际，工业上有机物脱水许多是在苛刻条件下进行，乙醇、丙醇等有机溶剂生产与脱水精制过程中往往存在酸，酯类的精制由于其生产过程中涉及强酸，脱水精制也是在强酸环境下，因此这种条件下NaA沸石膜不能适用。T型沸石分子筛膜具有中等硅铝比(3~4)，有效孔径为0．36nm×0．5lnm，处于水分子(0．29nm)和大多数有机物分子之间，与NaA膜相比，耐酸性较好，与ZSM一5沸石膜(Si／AI=2,,-∞)及MOR沸石膜(Si／AI=5～6)等耐酸沸石膜相比，亲水性更好，特别适合酸性条件

4、下有机溶剂脱水过程。目前，国内外关于T型沸石膜的研究多致力于提高膜的渗透蒸发性能，内容包括探索涂晶方法、考察膜的合成体系(包括凝胶体系、清液体系及含氟体系)、合成条件(反应温度、反应时间及加热方式等)以及考察不同载体的影响等，取得了很多成果，但都是在实验室规模下进行的。本论文首先在大孔廉价氧化铝载体管上合成出了T型沸石膜，在此基础尝试了T型沸石膜工业化放大制备，进行了中试规模渗透蒸发试验，并对T型沸石膜耐酸性进行了研究。万方数据大连理工大学专业学位硕士学位论文1文献综述1．1渗透蒸发概述膜分离技术是近四十年来发展起来的多学科交叉的高新技术，旨在解决分离过程中出现的能源浪费、效率低下和环境污

5、染等重大问题。目前膜分离已经发展为年产值数百亿美元的独立新兴技术产业，且每年以10％以上的速度增长【21，广泛应用于能源、电子、石化、食品、饮料、医药卫生、重工业、轻工业以及环境保护等多个领域。相比于微滤、超滤、纳滤、电渗析、反渗透、气体分离等发展比较成熟的膜分离技术，渗透蒸发在膜分离家族中相对“年轻”，是近十几年才迅速发展起来的新兴膜分离技术。渗透蒸发(Pervaporation，简称PV)也称渗透气化，其过程可简述为液相混合物在渗透压差作用下选择性地透过致密膜层气化并被冷凝，它利用了组分对膜的亲和性差异以及分子尺寸效应使组分选择性透过或截留实现分离效果。渗透蒸发能够以低能耗实现精馏、吸

6、收解吸、脱附吸附、萃取等传统方法难以完成的分离任务，其突出优势是分离效率高，例如单层沸石膜分离系数可达数千甚至上万；渗透蒸发过程不需要反复气化一冷凝，能耗较低，与精馏相比一般节能1／2～2／3，运行费用低20‰60％：萃取以及分离共沸物一般需添加萃取剂和挟带剂，对分离提纯要求严格的医药化工难以适用，渗透蒸发过程不引入其他试剂，使产品和环境免受杂质污染；分离系统适用性强，一套渗透蒸发装置可用于处理不同浓度范围内的同种待分离物系，也可以处理不同种类的待分离物系；操作条件温和，适于热敏性物质分离；与化学反应耦合，能够打破气液平衡，提高反应转化率；便于工业放大以及和其他分离过程集合；尤其适合有机溶

7、剂微量水的脱除、水溶液中高价值有机组分的回收、共沸物以及近沸物等的分离。目前，渗透蒸发技术仍处于高速发展阶段，由于技术和经济上的优势，它必将为各个领域带来更多的经济和社会效益。1．1．1渗透蒸发原理渗透蒸发过程中，加热至一定温度的液体混合物与膜的一侧接触，在蒸汽压差和化学位梯度作用下以选择性地透过膜层，以气体形式从膜另一侧表面释放并被冷凝为液体，即渗透液，经处理的原料液称为渗余液。渗透蒸发是发生相交的分离过程，相变所需的