定向Silicalite-1沸石膜的合成

论文摘要

沸石分子筛膜是近十年发展起来的一种新型无机膜，它具有孔径小（一般小于1nm）且均一、离子可被交换、Si／Al比可调节等特性，因此被广泛的应用于吸附分离、膜反应、化学传感器、信息技术、航天材料等领域。其中，b轴定向的MFI型分子筛膜，直线形孔道和载体表面垂直，渗透物分子在其孔道通过时，所走的路程最短，因此具有较高的吸附分离性能和较好的分离选择性，是人们最希望得到的沸石膜之一。本文首先以TPAOH为模板剂，采用原位水热合成法，分别在不锈钢片、玻璃片上合成出b轴定向的Silicalite-1沸石膜。考察了合成条件和合成液配比对沸石膜的定向性的影响。实验结果表明，最好的合成条件为：前驱液剧烈搅拌，晶化温度为165℃，晶化时间为5.5h；最佳合成液配比为：n（TPAOH）：n（TEOS）：n（H2O）=0.31：1：163。同时发现，载体的表面粗糙程度是决定沸石膜定向性好坏的一个重要因素，载体表面越光滑，越有利于沸石膜的定向生长；载体表面化学性质是觉得在载体表面生长沸石膜的难易程度的一个重要因素。采用TPABr为模板剂，合成出定向性较好的沸石膜。考察合成条件和合成液配比对沸石膜的定向性的影响。最佳合成液配比为n（TPABr）：n（SiO2）：n（C2H7NO）：n（H2O）=0.33：1：5.8：33，合成温度为165℃，合成时间为24h。虽然采用TPABr为模板剂合成定向沸石膜，合成时间要比采用TPAOH为模板剂合成沸石膜时间长很多，而且合成出的沸石膜的定向性也比采用TPAOH时差，但TPABr相对于昂贵的TPAOH要廉价的多。采用TPABr为模板剂合成定向Silicalite-1沸石膜是一种相对廉价的制作高品质沸石膜的方法，更有工业应用前景和价值。利用晶种法在玻璃片和石英玻璃片上合成出了定向性较好的Silicalite-1沸石膜。采用晶种法合成沸石膜，是在晶种层之上水热合成沸石膜，因此载体表面的化学性质对沸石膜生长的难易程度影响不大，晶种层的好坏决定着最终合成出的沸石膜的好坏，连续定向的晶种层有利于合成出定向的沸石膜。因此，对于石英玻璃片、多孔载体等一些难以用原位水热合成法生长沸石膜的载体，采用晶种法比较合适。由于利用该法可以比较容易在石英晶片表面合成沸石膜，因此该研究成果为本课题组下一步研究沸石膜在化学传感器中的应用提供了重要的理论和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 沸石分子筛膜概述
• 1.2 沸石分子筛膜的合成
• 1.2.1 水热合成法
• 1.2.2 蒸汽相转化法
• 1.2.3 微波合成法
• 1.2.4 仿生合成法
• 1.2.5 脉冲激光蒸镀法
• 1.3 沸石分子筛膜的表征
• 1.3.1 X射线衍射仪
• 1.3.2 扫描/透射电子显微镜（SEM/TEM）
• 1.3.3 其他表征手段
• 1.4 MFI型沸石膜及其晶体取向问题
• 1.4.1 MFI型沸石膜及其研究现状
• 1.4.2 MFI型沸石膜的晶体取向问题
• 1.4.3 影响沸石膜定向性的因素
• 1.4.4 定向沸石分子筛膜的形成机理
• 1.5 沸石分子筛膜的应用
• 1.5.1 分离膜
• 1.5.2 膜反应
• 1.5.3 基于沸石分子筛膜的化学传感器
• 1.6 本论文的主要研究内容和研究目标
• 2.实验过程
• 2.1 实验药品及仪器
• 2.2 载体的处理
• 2.3 沸石膜的合成过程
• 2.3.1 原位水热合成定向Silicalite-1沸石膜
• 2.3.2 利用TPABr为模板剂合成定向沸石膜
• 2.3.3 晶种法合成定向Silicalite-1沸石膜
• 2.4 沸石膜的表征和定向性评价指标
• 2.4.1 沸石膜的表征
• 2.4.2 沸石膜的定向性评价指标
• 3.利用TPAOH为模版剂原位水热合成定向Silicalite-1沸石膜
• 3.1 定向Silicalite-1沸石膜的合成
• 3.2 合成条件对沸石膜定向性的影响
• 3.2.1 前驱液搅拌强度的影响
• 3.2.2 晶化温度的影响
• 3.2.3 晶化时间的影响
• 3.3 反应物料配比对合成沸石膜定向性的影响
• -/H₂O）的影响'>3.3.1 溶液碱度（OH^-/H₂O）的影响
• 2O）的影响'>3.3.2 水含量（Si/H₂O）的影响
• 3.4 载体对沸石的膜定向性及沸石膜生长难易程度的影响
• 3.4.1 载体表面粗糙程度对沸石膜定向性的影响
• 3.4.2 载体表面化学性质（材质）的对沸石膜生长难易程度影响
• 3.5 本章小结
• 4 利用TPABr为模板剂原位水热合成定向沸石膜
• 4.1 定向Silicalite-1沸石膜的合成
• 4.2 合成条件对沸石膜定向性的影响
• 4.3 不同合成液配比对沸石膜定向性的影响
• 4.3.1 水含量对沸石膜定向性的影响
• 4.3.2 乙醇胺量对沸石膜定向性的影响
• 4.3.3 模板剂（TPABr）量对沸石膜定向性的影响
• 4.4 焙烧过程对沸石膜的影响
• 4.5 两种不同模板剂原位水热合成的沸石膜的比较
• 4.6 本章小结
• 5.晶种法合成定向Silicalite-1沸石膜
• 5.1 定向Silicalite-1沸石膜的合成
• 5.1.1 晶种层的制备
• 5.1.2 二次水热合成
• 5.2 晶种层对沸石膜定向性的影响
• 5.3 晶种法与原位水热合成法比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢