纳米晶种诱导合成高结晶度的t型分子筛膜

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1、纳米晶种诱导合成高结晶度的T型分子筛膜121111٭周荣飞，林晓，胡娜，袁慧，陈建君，陈祥树12(江西师范大学膜科学与技术重点实验室，南昌，江西，330022；材料化学工程国家重点实验室，南京工业大学，南京，江苏，210009)摘要：纳米级分子筛晶体具有颗粒细、分布窄和比表面积大等特点，适宜作为二次生长法合成分子筛膜的晶种。目前，还没有纳米级的T型分子筛的合成报道。本文采用自制的纳米级T型分子筛晶种（平均晶粒大小为100nm），在莫来石多孔管状支撑体上快速诱导合成出了T型分子筛膜，考察了硅源、合成温度和合成时间等对

2、晶体生长和膜性能的影响。结果表明，采用纳米晶种在清液体系中合成了结晶度高、薄的T型分子筛膜。和微米级晶种比较，采用纳米晶种能更快形成膜层；在所考察的100~150ºC合成温度范围内均能形成具有良好取向生长的高结晶度T型分子筛膜层。优化条件下合成的T型分子筛膜应用于75ºC、2水/异丙醇（10/90wt.%）体系的渗透通量和分离因子分别为2.57kg/m·h和1,520。关键词纳米晶种二次生长法T型分子筛膜取向生长分子筛膜因其具有较好的耐有机溶剂和热稳定性，已成为无机膜发展的一个重要分支。T型分子筛有效孔径（0.36

3、nm）介于许多分子之间且具有较强的亲水型，T型分子筛膜在气体分离和渗透汽化等领域有巨大的应用前景。同时它的骨架结构具有较高的硅铝比，可以应用于弱酸性体系。清液体系已被广泛用于LTA型、FAU型和MFI型分子筛膜的合成，而用[1]于T型分子筛膜合成的报道很少。Kita研究小组采用澄清溶液在100ºC的反应温度下合成了T型分子筛膜，应用于水/乙醇和水/异丙醇体系中表现出高的通量和分离因子。然而，合成条件对膜的影响并没有详细报道。纳米晶种具有颗粒细、分布窄和比表面积大等特点，采用纳米晶种已合成了FAU型分[2][3,4]

4、子筛膜和具有取向生长的MFI型分子筛膜。目前还没有纳米级T型分子筛和研究晶种大小对T型分子筛膜形成影响的文献报道。本文采用自制的纳米级T型分子筛晶种（平均晶粒大小为100nm），在莫来石多孔管状支撑体上快速诱导合成出了T型分子筛膜，并考察了硅源和合成温度等对晶体生长和膜性能的影响。٭为通讯联系人，e-mail地址：csx66@126.com基金项目：国家重大国际科技合作项目（2006DFB53070）1实验部分1.1T型分子筛膜的制备将硅溶胶﹑氢氧化铝、氢氧化钠、氢氧化钾和水按各物质氧化物摩尔比SiO2:Al2O3

5、:(Na2O+K2O):H2O=1:0.00625~0.05:0.35:30的配制成溶胶，在室温下搅拌数小时。采用管状mullite（平均孔径1~1.3μm，孔隙率43%，直径1.2cm)作为支撑体，用砂纸将其表面打磨光滑后，用超声波震荡清洗，烘干备用。再将溶胶倒入有衬底的不锈钢反应釜中，小心放入涂有oZeoliteT晶种的多孔支撑体，密封，放入预先加热至一定温度的烘箱中，保持温度为110C，水热合成40h。反应完成后迅速取出膜，用去离子水冲洗至PH值为中性，烘干。1.2T型分子筛膜的表征合成后的分子筛膜管由X-

6、射线衍射（XRD,D8Advance）判断合成膜的晶相和结晶程度；扫描电子显微镜（SEM,Quanta200FEI）用于观察膜的晶体生长情况及膜的厚度。2渗透汽化的性能由透量和分离因子评价。总透量J[kg/（m·h）]是给定压力下，单位时间、单位膜面积下渗透量；分离因子α为α12=(y2/y1)/(x2/x1)x为1,2物种在渗透液中的质量分数；y为1,2物种在原料液中的质量分数。2结果与讨论2.1T型分子筛膜的合成2.1.1硅源的影响表1给出了采用3种硅溶胶合成T型分子筛膜的渗透汽化性能。采用SM-30合成的T型

7、分子筛膜具有较低的分离因子。而在相同的溶胶配比和反应温度条件下，采用HS-40作为硅源合成的膜具有较高的分离选择性和渗透通量。表1采用不同硅源合成T型分子筛膜的渗透性能Table1PVperformanceofzeoliteTmembranessynthesizedusingdifferentSisourcesRunSisourceTemperatureTime(h)PVperformance2(ºC)Flux(kg/m·h)α5-21SM-30150202.78265-22TM-40150201.971305-2

8、3HS-40150202.21424abNote:PV:water/i-propanol(10/90wt.%)at75ºC;SiO2:Al2O3:M2O:H2O=c1:0.015:0.33:30;secondarygrowthwithnanosizedseedof100nm.图1为150ºC时分别采用3种硅溶胶合成T型分子筛膜的断面SEM图。采用SM-30合