基于mfi型沸石分子筛膜及复合膜的制备与应用研究

《基于mfi型沸石分子筛膜及复合膜的制备与应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、大连理工大学博士学位论文MFI型沸石分子筛膜及复合膜的制备与应用研究姓名：孙维国申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：王金渠20090420大连理工大学博士学位论文摘要MFI型沸石膜(Silicalite-1和ZSM-5两类)具有与分子尺寸相近的孔道体系，能耐高温、化学及生物侵蚀，可在分子级别上进行物质分离，实现催化反应分离一体化，在环保、石油化工、生物化工等领域具有广泛的应用。开展高性能MFI型沸石膜的制备研究，并将其应用于渗透汽化生物质燃料乙醇的分离和水中分离乙酸，具有重要的应用价值和科学意义。采用二次生长法在大孔载体上合成Silicalite．1沸石膜，考察了晶种的大小、涂

2、晶种方法对膜的厚度和成膜性能的影响。研究结果表明，当合成液的配比为0．1TPAOH：1TEOS：90H20，晶化时间48h，晶化温度175℃，晶种粒径为0．5Itm时，所得到的膜对H2的渗透率为8．6xlO～mol·m'2"s"l'Pa"1，H2／SF6的理想分离系数最高为72．2，对5wt．％的乙醇／水体系渗透汽化分离系数达到了51．1，渗透通量达到0．82kg．m之．h．1。利用低温利于成核高温利于晶体生长的原理，采用两步变温合成法在不锈钢载体上合成Silicalite．1膜：且优化了合成条件。在水硅比低、二段晶化温度高的条件下，只需经一次合成，制备了性能良好的Silicalit

3、e．1膜。在60℃下原料液乙醇浓度为4．8wt．％，渗透汽化分离水中乙醇时，渗透通量为1．25kg．m"2．h～，分离系数为36．2。水硅比高的合成液在二段合成温度较低的情况下，经二次合成后，60℃下原料液乙醇浓度为4．52wt．％，渗透通量和分离系数分别达2．80kg．m．2．h-1和34．3。采用杂原子改性，利用水热法，首次在氧化铝载体上合成出了含有廉价杂原子锡(Sn)的MFI型Sn．ZSM．5沸石分子筛膜。考察了不同的成膜条件如载体种类，Si／Sn比，晶种大小对Sn．ZSM．5膜的形貌和分离性能的影响，发现载体和Si／Sn比是主要影响因素。气体渗透率表明合成的Sn．ZSM．5沸

4、石复合膜完整、致密。在乙醇浓度为4．52wt．％的乙醇／水体系中，操作温度为60℃时，渗透汽化分离水中乙醇时，分离系数为18．7，分离选择性低于Silicalite．1沸石膜(分离系数51，1)。将制各的Sn．zSM一5沸石膜应用于渗透汽化分离水中低浓度乙酸，其分离性能高于Silicalite．1膜。在90℃条件下，对于乙酸浓度为5wt．％的乙酸／水体系，Si／Sn比为25的陶瓷基Sn．ZSM．5沸石膜的分离系数为7．8，通量达到0．49kg．m"2．h1，而同条件下，Silicalite．1膜的分离系数小于1．5。深入分析讨论了对这两体系分离性能相异的原因。考察了Sn．ZSM．5膜

5、分离乙酸时，膜合成液中Si／Sn比，渗透汽化分离水中乙酸操作温度和进料浓度对分离系数和渗透通量的影响。在Silicalite．1膜上复合强疏水性高分子聚合物聚二甲基硅氧烷(PDMS)层，首次研制了Silicalite．1／PDMS复合膜，确定了PDMS溶液的最佳浓度为5wt．％，最适宜的PDMSMFI型沸石复合膜的制备及应用研究有机膜层厚度介于1．5I．tm到2“m之间。在莫来石管上制备了通量为2．67kg·m"z．h～，醇／水选择性系数为54．9的Silicalite．1／PDMS复合膜，达到了提高Silicalite．1膜分离性能的目的。关键词：S“icalite-1分子筛膜；S

6、n-ZSM-5沸石膜；Silicalite-1／PDMS复合膜；乙醇／水大连理工大学博士学位论文PreparationandApplicationofMFI—typeZeoliteandCompositeMembranesAbstractZeolitemembraneswithuniform，molecular-sizedporeshavepotentialapplicationsinseparationofdifferentsubstancesatmolecularlevelsunderthecircumstancesofhigh-temperature，chemicalandbi

7、ologicalcorrosionsandinintegrationofcatalysisandseparationprocessesformanyfieldssuchasenvironmentalprotection，petrochemicalandbiochemicalindustry．Silicalite．1membranewithporesizesimilartothatofindustriallyimportantlightsubstancesp