以EMT为晶种外延生长制备NaY沸石膜及其渗透蒸发性能研究

摘要

NaY沸石膜具有独特的三维十二元环孔道体系，孔径尺寸为0.74 nm，有利于大分子物质的分离，骨架中高的铝含量以及笼穴周围高度分散的钠离子，使其具有较强的亲水性和极性，对亲水性和极性强的分子具有较优的分离选择性。碳酸二甲酯(DMC)的合成一般以甲醇(MeOH)为原料，反应后常会存在两者的共沸物，不易分离;采用酯交换法合成碳酸二苯酯(DPC)过程中，由于受到热力学平衡的限制，反应平衡转化率低，同样存在DMC和MeOH共沸的问题，及时将产物MeOH进行有效地分离能够提高反应的转化率。MeOH分子动力学直径为0.38 nm，DMC具有与丙酮和甲基叔丁基醚相似的结构，其动力学直径与两者接近(丙酮为0.47 nm，甲基叔丁基醚为0.63 nm)，MeOH分子尺寸小于DMC，且亲水性和极性高于DMC。NaY沸石膜作为亲水性膜材料能够优先吸附MeOH，对醇的选择性较好，同时NaY沸石膜分离MeOH/DMC的混合物能够克服有机膜易溶胀的缺点，稳定性好。
　　本论文考察了合成条件（晶种及晶种层、二次生长液组成）对NaY沸石膜微结构的影响，以EMT沸石为晶种，α-Al2O3为载体，采用二次生长法制备了致密且连续的NaY沸石膜。通过X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜（TEM）等分析测试手段对EMT沸石晶种、晶种层及NaY沸石膜进行了一系列的表征，并对沸石膜进行了渗透分离性能的检测，结果表明:
　　1、采用偏铝酸钠为铝源在无模板剂及低温条件下合成EMT型沸石，晶粒呈现六方形貌，晶粒大小约为20-30 nm左右。以无水乙醇作为分散介质，晶种液浓度为0.1％，晶种担载量为1.0 mL，晶种能够完全覆盖载体，制备均匀完备的晶种层，在此晶种层上，经二次生长可制备连续致密的NaY沸石膜，膜层厚度约12μm。
　　2、二次生长液物质的量组成n SiO2∶n Al2O3∶n Na2O∶n H2O=10∶1∶14∶840，在室温下搅拌陈化24 h，于100℃下晶化6h制备的NaY沸石膜交联程度较高，沸石膜连续致密，且没有杂晶的出现。
　　3、NaY沸石膜在50℃条件下渗透分离MeOH/DMC(50 wt％)体系，随渗透时间的延长沸石膜保持良好的稳定性，总渗透通量为0.110-0.120Kg/(m2·h)，分离因子约为18;随着原料液中甲醇浓度(20-80 wt％)的增大，总渗透通量(0.115-0.137 Kg/(m2·h))增加，分离因子(34.2-5)降低;随着原料液温度(30-80℃)的升高，总渗透通量(0.09-0.179 Kg/(m2·h))增大，分离因子降低(20.9-3)。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 无机膜的概述

1．1．1 无机膜的发展概况

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

1．2．1 沸石分子筛膜

1．2．2 沸石分子筛膜的形成机理

1．3 NaY沸石膜概述

1．3．1 NaY沸石的结构

1．3．2 NaY沸石膜的合成方法

1．3．3 NaY沸石膜的应用

1．4 沸石膜的渗透蒸发技术

1．4．1 渗透蒸发的分离及传递机理

1．4．2 沸石膜渗透蒸发性能的影响因素

1．4．3 渗透蒸发技术的特点

1．5 NaY沸石膜研究中存在的问题

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 实验气体

2．1．3 实验仪器

2．2 实验方法及制备工艺

2．2．1 二次生长法制备NaY沸石膜的工艺流程

2．2．2 氧化铝载体的制备及处理

2．2．3 EMT晶种的制备

2．2．4 晶种层的制备

2．2．5 二次生长法制备NaY沸石膜

2．3 样品的表征与测试

2．3．1 X-射线衍射仪(XRD)

2．3．2 环境扫描电子显微镜(SEM)

2．3．3 透射电子显微镜(TEM)

2．3．4 沸石膜完备性检测

2．3．5 沸石膜渗透分离性能检测

第三章 晶种及晶种层对NaY沸石膜影响的研究

3．1 引言

3．2 NaY沸石膜的制备

3．2．1 EMT晶种及晶种层的制备

3．2．2 二次生长合威NaY沸石膜

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 氧化铝载体的表征

3．3．2 铝源对EMT沸石晶体的影响

3．3．3 晶种分散介质对沸石膜的影响

3．3．4 晶种液浓度对沸石膜的影响

3．3．5 晶种担载量对沸石膜的影响

3．4 本章小结

第四章 二次生长液条件对NaY沸石膜影响的研究

4．1 引言

4．2 NaY沸石膜的制备

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 二次生长液碱度的影响

4．3．2 二次生长液硅铝比的影响

4．3．3 二次生长液水量的影响

4．4 本章小结

第五章 NaY沸石膜的渗透蒸发性能检测

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 实验结果与讨论

5．4．1 沸石膜致密性对渗透分离的影响

5．4．2 渗透条件对渗透分离的影响

5．5 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

致谢

攻读学位期间发表的学术论文