{111}优先取向NaY型沸石膜的制备及其渗透蒸发性能初探

论文摘要

NaY型沸石膜独特的结构特点,如高的骨架铝含量以及笼穴周围存在高分散的Na+,赋予该沸石膜较强的亲水性和极性。加之其具有大孔径（0.74nm）和三维笼状孔道结构使其在水／有机物、醇／有机混合物和苯／烷烃等混合物体系的分离领域有巨大优势,因而备受关注。本论文创造性地采用陈化合成液-二次原位法和以EMT型沸石作为晶种,二次生长法,在α-Al2O3载体上分别制备出致密连续、{111)优先取向的NaY型沸石膜。X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、能谱分析（EDX）等分析测试手段对EMT型沸石晶种、晶种层及NaY型沸石膜进行了一系列的表征。并将所制备的膜材料用于甲醇／碳酸二甲酯的分离。具体内容如下：1、采用陈化合成液-二次原位法制备NaY型沸石膜。考察了陈化方式、陈化时间、晶化温度和晶化时间对一次原位晶化所得膜结构的影响。结果为：搅拌陈化和陈化时间为24 h条件下,得到的一次膜对载体的覆盖度更高。晶化时间为6 h得到的一次膜无P型杂晶。晶化温度为100℃时,膜的取向性更好。此条件一次晶化所得的膜在同样条件下二次晶化,得到致密、无杂晶且有一定{111)取向度的NaY型沸石膜。2、采用二次生长法制备NaY型沸石膜。采用有模板剂和无模板剂的两种方式水热法合成EMT型沸石晶种。用模板剂冠醚合成的EMT型沸石记作晶种A,晶化时间6 d和10 d的晶粒尺寸都在2-3 μm之间,但晶化10 d合成的晶体中出现FAU型沸石,因此采用晶化时间为6 d的EMT型沸石作为晶种。不用模板剂合成的EMT型沸石记作晶种B,在低温30℃时,比较合适的晶化时间为36 h,晶粒尺寸约为20 nm,晶化时间短时容易形成SOD型沸石。以超声法制备晶种层A和晶种层B。对于两种晶种,滴加晶种液量为0.75mL时（0.2wt.%晶种乙醇液）,两种晶种不能形成覆盖度较高的晶种层。滴加晶种量增加至1.0 mL时,两种晶种均可以形成完全覆盖支撑体表面的晶种层。将所制备的晶种层进行二次生长,晶种层A生长成为致密无序的NaY型沸石膜,晶种层B生长成为{111}优先取向、致密膜层,该膜结构不对称,在上层致密的膜和支撑体之间,存在较厚的晶种层。两个膜的厚度相似,都约为10 μm。3、以合成的NaY型沸石膜渗透蒸发分离甲醇/碳酸二甲酯混合物。由晶种层B进行二次生长合成的NaY型沸石膜的分离效果最好。对质量比为50/50的溶液,在50℃,渗透通量为7.85 kg m-2 h-1,分离因子为4,该膜对甲醇和碳酸二甲酯混合物具有一定的分离能力。但与报道的数据相比还有一定的差距。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 无机膜的概述
• 1.1.1 无机膜的发展
• 1.1.2 无机膜的分类及特点
• 1.1.3 无机膜的应用
• 1.2 沸石膜的概述
• 1.3 FAU型沸石膜
• 1.3.1 FAU型沸石的结构及特性
• 1.3.2 FAU型沸石膜的合成方法
• 1.3.2.1 原位水热法
• 1.3.2.2 二次生长法
• 1.3.2.3 微波加热法
• 1.3.2.4 脉冲激光沉积法（PLD）
• 1.3.2.5 电泳沉积法（EPD）
• 1.3.5.6 蒸汽相转移法（VPT）
• 1.3.3 合成的影响因素
• 1.3.4 表征手段
• 1.3.4.1 物理表征
• 1.3.4.1.1 X射线衍射仪（XRD）
• 1.3.4.1.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 1.3.4.2 分离性能表征
• 1.4 FAU型沸石膜的应用
• 1.4.1 在分离方面的应用
• 1.4.1.1 液体混合物的分离
• 1.4.1.1.1 FAU型沸石膜分离液体混合物的技术概述
• 1.4.1.1.2 水混合物的分离
• 1.4.1.1.3 醇混合物的分离
• 1.4.1.1.4 有机混合物的分离
• 1.4.1.2 气体混合物的分离
• 2混合气体的分离'>1.4.1.2.1 CO₂混合气体的分离
• 1.4.1.2.2 水蒸汽混合气体的分离
• 1.4.1.2.3 氮气和气态烃混合物的分离
• 1.4.1.2.4 其它混合气体的分离
• 1.4.2 在催化方面的应用
• 1.5 FAU型沸石膜研究存在的问题
• 1.6 本课题的研究意义及内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品及设备
• 2.1.1 实验药品及规格
• 2.1.2 实验用气体
• 2.1.3 实验仪器
• 2.2 支撑体的制备及处理
• 2.3 NaY型沸石膜的制备
• 2.3.1 原位水热法
• 2.3.2 二次生长法
• 2.3.2.1 EMT晶种的制备
• 2.3.2.2 晶种层的制备
• 2.3.2.3 二次生长法制备NaY型沸石膜
• 2.4 表征所用仪器
• 2.4.1 X-射线粉末衍射仪（XRD）
• 2.4.2 环境扫描电子显微镜（SEM）和X-射线能谱仪（EDX）
• 2.4.3 透射电子显微镜（TEM）
• 2.4.4 孔径分析
• 第三章 原位水热法合成NaY型沸石膜
• 3.0 引言
• 3.1 氧化铝的表征
• 3.2 凝胶陈化时间的影响
• 3.3 陈化方式的影响
• 3.4 晶化温度的影响
• 3.5 晶化时间的影响
• 3.6 二次原位水热合成
• 3.7 本章小结
• 第四章 二次生长法合成NaY型沸石膜
• 4.1 引言
• 4.2 晶种A
• 4.3 晶种B
• 4.4 晶种层A的制备
• 4.5 晶种层B的制备
• 4.6 二次生长法制备NaY型沸石膜
• 4.6.1 XRD表征
• 4.6.2 SEM表征
• 4.7 本章小结
• 第五章 NaY型沸石膜的渗透蒸发应用初探
• 5.1 引言
• 5.2 渗透蒸发性能评价指标
• 5.3 渗透蒸发性能测试
• 5.4 渗透蒸发主要工艺参数的确定
• 5.5 结果与讨论
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 论文结论
• 6.2 问题与建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文