纯硅沸石膜的制备及用于乙醇/水的分离

论文摘要

随着石油资源的日渐减少，开发节能、高效的燃料乙醇生产技术已经越来越显得必要和迫切。Silicalite-1（下文缩写为Sil-1）沸石膜由于其本身具有良好的水热稳定性、化学稳定性和机械强度，而且具有很强的疏水性，应用于渗透汽化分离，可以选择性透过乙醇。本论文的研究目的即制备出具有乙醇／水分离性能的Sil-1沸石膜。通过二次生长法（晶种法）合成了Sil-1沸石膜，用SEM对晶种、晶种层及沸石膜进行了表征，用常温单组分气体渗透对沸石膜分离性能进行表征；并在乙醇、水的体系中进行渗透蒸发分离实验。以四丙基氢氧化铵（TPAOH）作模板剂，正硅酸乙酯（TEOS）为硅源在澄清溶液中合成了粒径均一的Sil-1晶种，大小从180nm到6μm，并对反应液组成、陈化时间，晶化温度等条件进行了详细考察；同时讨论了不同晶种对涂覆晶种层产生的影响。在平均孔径为5μm的α-Al2O3多孔支撑体管上，采用晶种法制备了连续完整的Sil-1沸石膜。获得的沸石膜对H2的渗透率为8.6×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1，H2／SF6的理想分离因数最高达到了72，显示出明显的分子筛分性能。考察了反应时间、晶化温度、晶种的大小等对沸石膜性能的影响。结果表明，500nm左右的晶种所合成膜的分离性能最好。在乙醇／水体系中进行渗透汽化分离实验。考察了不同温度、配方、晶种对通量和分离因子的影响。最终合成的Sil-1膜在进料乙醇溶液为5.2wt％，温度60℃的条件下渗透侧乙醇浓度达到73.3％。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 沸石膜的概况
• 1.1.1 分子筛结构简介
• 1.1.2 MFI型分子筛
• 1.1.3 沸石膜简介
• 1.2 膜分离过程简介
• 1.2.1 气体分子在沸石膜内的流动特性
• 1.2.2 评价膜的探针分子
• 1.3 沸石膜的合成方法介绍
• 1.3.1 原位水热合成法
• 1.3.2 二次生长法（晶种法）
• 1.3.3 气相转移法
• 1.3.4 微波合成法
• 1.3.5 溅射法
• 1.3.6 电泳法
• 1.4 沸石膜合成中影响因素讨论
• 1.4.1 支撑体的影响
• 1.4.2 晶种及晶种层的影响
• 1.4.3 定向膜的合成
• 1.4.4 模板剂的脱除
• 1.5 沸石膜在渗透蒸发中的应用
• 1.5.1 渗透蒸发技术简介
• 1.5.2 Sil-1沸石膜用于渗透蒸发
• 1.5.3 乙醇、水混合物透过Sil-1沸石膜的机理分析
• 1.6 本论文的研究背景和设计思路
• 1.6.1 研究背景
• 1.6.2 本论文的研究思路和目标
• 2 Silicalite-1晶种及晶种层的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验所用主要试剂
• 2.2.2 Sil-1晶种的制备方法
• 2.2.3 纳米Sil-1沸石的表征
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 陈化时间对晶种大小的影响
• 2.3.2 反应温度对晶种的影响
• 2.3.3 其他合成条件的影响
• 2.3.4 不同晶种对所涂覆晶种层的影响
• 2.3.5 釜底晶体及晶种层
• 2.4 本章小结
• 3 Silicalite-1沸石膜的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验所用试剂及材料
• 3.2.2 沸石膜的表征
• 3.2.3 支撑体的处理
• 3.2.4 晶种层的涂覆
• 3.2.5 Sil-1膜的合成步骤
• 3.2.6 模板剂的去除
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 反应时间的影响
• 3.3.2 反应温度的影响
• 3.3.3 合成液组成（水含量）的影响
• 3.3.4 晶种的影响
• 3.4 本章小结
• 4 Silicalite-1沸石膜用于乙醇/水的分离
• 4.1 引言
• 4.2 实验设备、原料及工艺条件
• 4.2.1 渗透蒸发装置
• 4.2.2 工艺条件的确定
• 4.2.3 实验所用试剂及材料
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 典型Sil-1沸石膜的渗透汽化性能
• 4.3.2 晶种的影响
• 4.4 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