NzX沸石膜的合成及在苯和氮气混合体系中的分离应用

论文摘要

目前石化公司尾气处理装置用氮气密封苯,解封时有一部分苯会随氮气挥发到大气中,不仅浪费资源,而且严重污染了环境。目前企业用活性碳纤维吸附进行苯和氮气的分离,成本高,消耗能量大。开发一种新技术回收苯,既可以为企业带来可观的经济效益,又保护了生态环境,具有重要的科学、经济和社会意义。根据上述研究背景,本文主要进行了以下研究:系统研究了在孔径为3～5μm的α-Al2O3陶瓷管载体上二次生长法合成NaX型沸石膜。探讨了在载体表面制备过渡层合成膜的新方法,并将合成的膜应用于苯和氮气混合体系的分离,取得了较好的分离效果。 通过对形成沸石膜的最佳NaX沸石晶粒的合成条件进行考察,发现晶化温度、碱度、硅铝比和晶化时间对分子筛合成质量的影响很大,铝源的选择直接对分子筛的晶体产生影响。采用硅溶胶、异丙醇铝和氢氧化钠作为原料,可得到质量良好的分子筛晶体。预涂晶种的摩尔配比为:SiO2:Al2O3=3.85,Na2O:SiO2=1.2-1.5,H2O:Na2O=46-55;沸石膜合成液的摩尔配比为:SiO2:Al2O3=4.2,Na2O:SiO2=1.2-1.5,H2O:Na2O=60。 采用自制0.5-1μm的NaX沸石分子筛为晶种,用热浸渍方法引入晶种,在旋转晶化的方式下,重复晶化4次以上可以合成出完整连续的NaX沸石膜。针对大孔载体,首次采用氧化铝（Al2O3）及羧甲基纤维素（CMC）胶粘晶种作为过渡层,在孔径为3～5μm的多孔α-Al2O3陶瓷管载体表面成功合成出NaX沸石膜。Al2O3作为过渡层合成出的膜渗透通量比较小,H2为4.88×10-7mol·m2·s-1·pa-1,C3H8为6.91×-8mol·m2·s-1·pa-1,分离因数相对较高,H2/C3H8的理想选择因数为7.18;CMC胶粘晶种作为过渡层合成出的膜渗透通量比较大,H2在2.09×10-6mol·m2·s-1·pa-1,C3H8为3.02×-7mol·m2·s-1·pa-1,分离因数也相对较高,H2/C3H8的理想选择因数为7.08。 通过对分子筛改性的研究,认为Ag+改性后的X型沸石膜可以更好的用于苯和氮气混合气的分离。分子筛改性的最佳交换时间为5-8小时,交换溶液浓度为0.2-0.25mol/L。NaX沸石膜经过离子改性后,膜的性质发生了很大的变化,渗透数据表明比未改性前分离因数增大。NaX沸石膜对苯和氮气混合系统的分离因数随膜两侧的压差、原料气浓度和原料气流速的变化而变化,当离子交换度达到最大值时,分离因数也达到最大值。在压差为40KPa,进气流速为180ml/min,浓度为17%时,改性完全的X型沸石膜达到最好分离效果,分离因数为30.1,实现了苯和氮气混合气的分离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 第一章 文献综述
• 1.1 无机膜概述
• 1.1.1 无机膜及其特点
• 1.1.2 无机膜的发展
• 1.1.3 无机膜的分类和结构
• 1.2 沸石膜概述
• 1.2.1 沸石膜研究进展
• 1.2.2 沸石膜的合成方法
• 1.2.3 沸石膜表征方法
• 1.2.4 沸石膜的气体传输机理
• 1.2.5 沸石膜的应用
• 1.3 NaX沸石膜的研究现状
• 1.4 论文的研究背景
• 1.5 论文的研究内容和目标
• 2 第二章 NaX分子筛的合成及阳离子改性
• 2.1 引言
• 2.2 晶种及晶化液的合成条件研究
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.3 X型分子筛的改性及性能研究
• 2.3.1 实验部分
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 小结
• 3 第三章 二次生长法制备NaX沸石膜
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验所用主要试剂及材料
• 3.2.2 NaX沸石膜的合成
• 3.2.3 NaX型沸石膜的表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 晶化方式对沸石膜的影响
• 3.3.2 晶种粒径尺寸对成膜的影响
• 3.3.3 晶化次数对合成膜及其性能的影响
• 3.3.4 不同晶种引入方式对合成膜及其性能的影响
• 3.3.5 不同过渡层合成NaX沸石膜
• 3.4 小结
• 4 第四章 NaX沸石膜在分离苯和氮气混合体系中的应用研究
• 4.1 引言
• 4.2 NaX沸石膜的离子交换改性
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 数据分析处理及评价指标
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 离子交换前后膜性质的变化
• 4.3.2 压力对苯和氮气混合气分离性能的影响
• 4.3.3 改性前后混合气浓度对苯和氮气分离性能的影响
• 4.3.4 改性前后混合气流速对苯和氮气分离性能影响
• 4.3.5 离子交换度对苯和氮气分离性能的影响
• 4.3.6 不同沸石膜对苯和氮气分离性能的影响
• 4.4 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
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书