用于乙酸/水体系分离水组分的GE-ZSM-5分子筛膜的制备

摘要

乙酸在工业生产及日常生活中有着极为广泛的应用，为除去乙酸生产工艺中的水分，现常采用连续精馏法，由于乙酸和水的沸点较为接近，普通的工业精馏分离乙酸与水的方法，耗能高，成本大且不利于环境保护，而渗透蒸发作为一种新兴的膜分离技术，具有耗能低、性能高、环境友好等多方面的优势。
　　与有机膜相比，无机膜耐溶胀、稳定性好、耐酸碱，非常适用于渗透蒸发分离高浓度乙酸中的水分。ZSM-5分子筛膜研究成熟，硅铝比范围很大，通过硅铝比的改变，可在耐酸性和亲水性方面相互协调。使用无模板剂法合成的ZSM-5分子筛膜，成本低、工艺简单、环境友好。
　　本文以大小晶种配合涂晶，以大晶种修饰载体，以小晶种诱导成膜，以无模板剂法在市售廉价大孔α-Al2O3陶瓷管载体上合成了一层厚度约为3.5μm的ZSM-5分子筛膜。考察了硅铝比、晶种浓度、陈化时间、合成条件等对膜性能的影响。确定了硅铝比为26，晶种液浓度为2.5wt.％，陈化时间为12h的最佳反应条件，通量从2300 g·m-2·h-1下降至750 g·m-2·h-1，5h之后下降到200 g·m-2·h-1以下，可连续工作7h，分离因数3000。
　　为了进一步改善ZSM-5耐酸稳定性，开发设计了ZSM-5低温掺Ge工艺，通混合水热晶化法，以乙氧基锗为锗源，在市售廉价大孔α-Al2O3陶瓷管载体上合成了一层厚度约为2.5μm的Ge-ZSM-5分子筛膜。在196 h，75℃，乙酸浓度为99wt.％的渗透蒸发实验和8d的酸性环境测试中，其通量从2100 g·m-2·h-1降低至800 g·m-2·h-1稳定3d，3d后最终稳定在600 g·m-2·h-1。渗透侧水浓度均保均持在99.95wt.％以上，个别测试点渗透侧水浓度可达色谱测量极限，水浓度为100wt.％，理论分离因数达到无穷大。本文将Ge-ZSM-5分子筛膜的稳定操作时间由目前文献报道的25 h提高至本文的196 h，通量由200 g·m-2·h-1提高至600 g·m-2·h-1。操作温度从75℃升高至99℃时，分离膜的通量提高了一倍以上，随着原料液浓度的提高（浓度由88wt.％升高至99wt.％），膜通量下降约30％，但选择性方面依然保持很高的分离因数(≥1000)。渗透侧水浓度均在99.94wt.％以上，具有一定工业应用价值。

目录

声明

摘要

引言

1 文献综述

1．1 乙酸简介及生产现状

1．2 乙酸与水的分离

1．2．1 精馏法

1．2．2 渗透汽化

1．3 渗透汽化膜

1．3．1 有机膜

1．3．2 无机膜

1．4 沸石膜

1．4．1 沸石分子筛介绍

1．4．2 沸石及沸石膜的合成

1．4．3 掺杂沸石分子筛膜

1．5 沸石分子筛膜的表征

1．5．1 SEM表征

1．5．2 XRD表征

1．5．3 TEM表征

1．5．4 气体分离测试表征

1．5．5 渗透蒸发表征

1．5．6 其它表征方式

1．6 Ge-ZSM-5的研究现状

1．7本论文研究思路

2 ZSM-5分子筛膜的合成

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 药品及材料

2．2．2 载体管预处理

2．2．3 晶种液的制备

2．2．4 载体管涂晶

2．2．5 ZSM-5膜的制备

2．2．6 ZSM-5膜的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 硅铝比的影响

2．3．2 晶种浓度的影响

2．3．3 氟化钠溶解的影响

2．3．4 陈化时间的影响

2．4 本章小结

3 Ge-ZSM-5分子筛膜的合成

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 药品及材料

3．2．2 载体管预处理

3．2．3 载体管涂晶

3．2．4 锗源的选用

3．2．5 Ge-ZSM-5合成液的配制

3．2．6 结果与讨论

3．3 Ge-ZSM-5工艺条件考察

3．3．1 操作工艺条件

3．3．2 实验药品及材料

3．3．3 操作温度

3．3．4 结果与讨论

3．4 本章小结

结论

创新点及展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢