多孔玻璃表面原位水热合成b轴取向MFI型分子筛膜-论文.pdf

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1、第30卷第2期化学反应工程与工艺V_0l30．No22014年4月ChemicalReactionEngineeringandTechnologyApr．2014文章编号：1001-7631(2014)02_lO2_7多孔玻璃表面原位水热合成b轴取向MFI型分子筛膜彭勇，李显明，张林，王正宝(浙江大学化学工程与生物工程学系，教育部膜与水处理技术工程中心，浙江杭州310027)摘要：采用原位水热合成法，直接用四丙基氢氧化铵(TPAOH)／四乙氧基硅烷(TEOS)／H0合成液在具有较大孔径(约0．1m)的多孔玻璃载体表面合成b轴取向MFI型分子筛膜。考察了载体

2、的放置方式对成膜的影响，结果表明，将多孔玻璃完全浸入合成液中时，载体表面只能得到零星分布的MFI型分子筛晶体而将多孔玻璃部分浸入合成液中时，在液面以上的载体表面获得了b轴取向MFI型分子筛膜，靠近液面的载体表面形成的MFI型分子筛膜比较致密。优化了合成液的配比和合成时间，发现采用合成液配比为0．64TPAOH：1TEOS：165H2O时165℃合成3h，可以在多孔玻璃表面形成大面积连续的b轴取向MFI型分子筛膜。当合成时间延长至6h时，MFI型分子筛膜层连续致密，但呈现随机取向。关键词：MFI型分子筛膜取向膜原位水热合成多孔玻璃中图分类号：TB43文献标识

3、码：A沸石分子筛膜由于具有规则的分子尺寸的孔道、高的热稳定性以及抗腐蚀性等优点，因此得到了广泛的研究。其中MFI型分子筛膜由于其孔道尺寸与许多化学工业中重要的有机物质的尺寸相近，因此引起了人们的广泛兴趣。MFI型分子筛晶体具有三维的立体结构⋯，如图1所示，其孔道体系由0．56nmx0．53hi11。的直孔道和0．55nmx0．51nli1的之字形孔道组成。图1~ⅡI型分子筛晶体的孔道体系⋯从该孔道结构可以看到，分子从b轴方向通过时Figt1ThechannelsystemofMFIzeolitecystal所经过的路程最短，沿b轴方向直孔道的孔径大于a轴方

4、向上之字形孔道的孔径，对分子的传质阻力也较小。显然，当b轴取向的MFI型分子筛晶体在支撑体表面相互连生成膜，垂直于支撑体的b轴方向上的直孔道最为通畅，有利于分子的扩散。因此，b轴取向MFI型分子筛膜这一特殊结构的分子筛膜已经成为膜领域的研究热点[t-2o]。原位水热合成法最先应用于b轴取向MFI型分子筛膜的合成。Wang等[2】采用该方法，详细研究了四丙基氢氧化铵(TPAOH)／NaOH／四乙氧基硅烷(TEOS)／H20体系的配比对所合成MFI型分子筛膜的取向的影响，得到了合成液组成与膜层取向的关系图，经过优化后的合成液配比为0．32TPAOH：1TEOS

5、：165H2O。采用该配方，可以在不锈钢片、铝合金片等致密载体表面得到连续致密的b轴取向MFI型分子筛薄膜]。收稿日期：2013—05．30；修订日期：2013—07—11。作者简介：彭勇(1985一)，男，博士研究生；王正宝(1966一)，男，教授，博士生导师，通讽联系人。E-mail：zbwang@zju．edu．cn。基金项目：国家自然科学基金重点项目(21236006)；浙江省自然科学基金项目(R4090099)；浙江省科技厅项目(2009R50020)；中国博士后科学基金项目f201003718)。第30卷第2期彭勇等．多孔玻璃表面原位水热合成b

6、轴取向MFI型分子筛膜103但是，原位水热法对载体的要求较高，载体的表面平整度、表面基团等均对膜的取向有较大影响。Zhang等[4】发现，在大孔氧化铝载体上直接原位水热合成时，所得到的MFI型分子筛膜呈现随机取向，如果在其上涂覆一层平整的介孔二氧化硅层，则可以制备出b轴取向MFI型分子筛膜。一方面，介孔二氧化硅层可以提供丰富的表面羟基，有利于分子筛晶体的成核和定向生长；另一方面，载体表面的平整化也是一个重要的因素，有助于合成液中形成的亚微米MFI型分子筛晶体以最大面(010)平行地吸附于载体表面，从而进一步生长为连续的b轴取向MFI型分子筛膜。郎林等【5]

7、研究了玻璃表面粗糙程度对MFI型分子筛膜取向的影响，采用了原子力显微镜观察发现，未经过处理的玻璃表面较为粗糙，且形貌不均匀，合成的b轴取向MFI型分子筛膜不连续。将玻璃载体用氢氧化钾处理后，可以使得玻璃表面更加平整光滑，最终形成连续的b轴取向MFI型分子筛膜。王周翔6]研究发现，如果用25％的氢氟酸将玻璃载体浸泡2h，会使得玻璃表面发生腐蚀而变得凹凸不平，最终合成的MFI型分子筛膜取向程度变差，膜表面平整程度也同时降低。由此可见，光滑均一的载体表面微结构，有利于b轴取向MFI型分子筛膜的生长。从上述研究可见，原位水热法合成b轴取向MFI型分子筛膜时，对于载

8、体的平整程度要求较高，目前尚未见到在大孔载体上直接制各b轴取向MF