基于zsm-5沸石膜的合成及渗透性能研究

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1、大连理工大学博士学位论文ZSM-5沸石膜的合成及渗透性能研究姓名：李永生申请学位级别：博士专业：化学工艺指导教师：郭树木;王金渠2000.10.1走连理工大学博士学位论文摘要由于沸石分子筛膜具有独特的物理、化学性质，耐高温、耐腐蚀，尤其是其优异的分离性能及在膜反应器方面巨大的应用前景，因此，在十多年的时间里，沸石膜的研究取得了长足进展。在多种分子筛膜中，研究最多的是MFl分子筛膜(包括zSM一5和Silicalite—1)，这是因为它独特的二维孔道结构(Z字形孔道孔径051×054rim，直孔道孔径054×o56nm)和较成熟的制备知识。但沸石膜的合成依然面

2、r临fp．多问题和挑战，主要体现在：沸石膜多在平板载体上合成且膜面积很小，膜的渗透率普遍很低，这严重制约了沸石膜向实际应用的发展；沸石膜的合成对载体要求很高，而国内载体普遍孔径较大且孔径不均一、表面不平整，这给沸石膜的合成提出了新的难题，如何在国内现有载体上合成高质量的沸石膜显得尤为重要；沸石膜的成膜机理比较复杂，对沸石膜还不能实现控制合成。针对以上沸石膜领域存在的问题，本论文主要进行了以下研究工作：系统研究了膜合成过程中一些重要因素的影响，通过优化条件首次报道了在孔径为3～59m的载体上合成了高渗透率的ZSM．5沸石膜，并成功地合成了迄今为止国内外最大膜面

3、积的管状ZSM．5沸石膜；探讨了ZSM，5沸石膜合成的新方法，首次报道利用变温晶化法合成ZSM．5沸石膜，所得沸石膜具有高的渗透率和良好的分离性能；对沸石膜的成膜机理进行了研究，提出了沸石晶粒表面重复成核生长成膜的观点。厂(一研究了以廉价正丁胺(NBA)为模板剂在多孔Ⅸ．A1203陶瓷管上合成ZSM一5沸石膜过程中，膜层内沸石结晶度、晶粒尺寸、晶种引入方式等对成膜及膜性能的影响，首次报道了在孔径为3～51am的载体上合成了高渗透率的ZSM一5沸石膜，H2的渗透率比一般文献报道高出一个数量级，并成功地合成了迄今为止世界上最大膜面积的管状沸石膜(管长460mm，

4、管外径20mm)，H2的渗透率为86X10～mol／m2．s·Pa，．H2对nC4Hlo的理想选择因数为49，为ZSM一5沸石膜的工业应用奠定了坚实基础。二研究了变温晶化对合成ZSM一5沸石及沸石膜的影响，并首次报道利用变温晶化法在多-fL啦-Aho，陶瓷管上一次晶化成功地合成了薄而完整的沸石膜，膜不仅具有较大的渗透率，而且在273K～473K温度范围内，对摘要nC4Hlo／iC4Hlo都能保持较高的选择性。三对沸石膜的成膜进行了探讨，提出了沸石膜的晶化成膜机理。在匣温合成时的重复晶化过程中，并非是载体表面已有晶粒的继续长大，而是伴随着它们的溶解诱发更多的晶

5、核在载体表面生成，最后所有晶核一起长大形成完整的沸石膜。在变温条件下，沸石膜的成膜与恒温时不同，载体表面晶粒是经沸石晶粒表面的重复成核与生长而长大的，因而不仅沸石晶粒失去了其典型晶貌，而且晶问孔得以消除，并最后形成致密的沸石膜。四对沸石膜内气体渗透机理进行了研究。气体在微孔膜内的渗透扩散主要有表面扩散、活化扩散和构型扩散等类型，哪一种机理占主导地位不仅依赖于膜内孔径与气体分子动力学直径的相对大小，还取决于气体分子与膜孔壁之间的相互作用。2．Ⅱ大连理工大学博士学位论文ABSTRACTZeolitemembraneshaveattractedmuchattent

6、ioninthelastdecadebecauseoftheiruniquecharacteristics，suchastheirthermal，chemicalandstmcturalpropertiescomparedtopolymericmembranes，andtheir笋eatpotentialapplicationsintheseparationandmembranereactors．AmongdifferentZeolites，morefocushasbeendrawnonthesynthesisofMFI(Silicalite一1orZSM一

7、5)membranes，becauseoftheporesystemofthiszeolite(straight，circularporesf054×056nm、runningperpendiculartosinusoidal．ellipticalporesf051×054nm))．suitableforseparationofseveralindustrialimportantorganicmoleculesandtherelativelylargeamountofinformationavailableforitssynthesisHowever．the

8、rearestillsomechallengeson