纯硅支撑MFI沸石膜的制备及性能研究

摘要

MFI分子筛膜具有规整的孔道结构（平均孔径0．55 nm），与对二甲苯的动力学直径（0．58 nm）相当，对动力学直径较大的邻、间二甲苯（约0．68 nm）具有良好的选择性，可以实现混合二甲苯的有效分离。开展分子筛膜的合成及其在二甲苯分离上的应用研究具有重要的科学意义和实际工业价值。 分别选用平均孔径为0．1至0．5μm的多孔a-Al2O3陶瓷管和孔径为1至5μm的SiO2陶瓷管作为载体材料，通过溶胶-凝胶法在其表面成功的镀制一层连续的、孔径为2 nm左右的、蠕虫状二氧化硅缓冲层，并对生长连续膜的优化溶胶液粘度范围进行探索，选择适当的实验方法，保证二氧化硅缓冲层的可重复性制备；在此基础上，通过二次生长法和新型二步法成功地获得了表面致密，晶间孔小，取向性能良好的MFI分子筛膜；采用X射线衍射仪（XRD，X-ray diffraction）、扫描电子显微镜（SEM，Scanning Electron Microscopy）、透射电镜（TEM，Transmission Electron Microscopy）等方法对缓冲层和分子筛膜的成膜结果进行表征；通过内壁成功生长完整连续MFI分子筛膜的平均内径8 mm、长30 mm的SiO2陶瓷管进行了对二甲苯/邻二甲苯混合物的分离行为的研究。主要结论如下： （1）通过实验测量得到制备连续二氧化硅缓冲层的优化溶胶液粘度范围。研究结果表明，由简化落球法测得的落球时间与溶胶粘度得到了很好关联，实现了溶胶液粘度的简单准确控制，优化落球时间为0．3至0．4 s。通过TEM观察到，在组成比为n（TEOS）：n（ETOH）：n（H2O）：n（CTAB）：n（HO）=1：8．03：0．615：0．10：2．77×10-3时，得到了蠕虫形，孔径为2 nm的介孔结构缓冲层。 （2）当m（晶种原液）：m（H2O）=1：1，晶种负载超声振荡的时间为30 min时，采用二次生长法在433 K下晶化24 h，在镀有二氧化硅缓冲层的纯硅载体材料上合成了平整连续致密的MFI分子筛膜。采用镀缓冲层的多孔氧化铝和多孔SiO2载体材料，通过新型二步合成法，在改性溶液中浸泡处理后，在433 K下晶化24 h时制得表面致密，晶间孔小，取向性能良好的MFI分子筛膜。新型二步合成法的操作步骤更加简化，是制备分子筛膜的一种新方法。

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第1 章 综述

1.1 对二甲苯生产现状

1.2 MFI分子筛膜用于混合二甲苯分离

1.3 MFI分子筛膜研究进展

1.4 本论文研究思路

第2 章 二氧化硅缓冲层的制备

2.1 前言

2.2实验

2.2.1 实验所用试剂，材料及设备

2.2.2 粘度测量

2.2.3二氧化硅缓冲层的制备

2.2.4 缓冲层的检测及表征

2.3 试验结果与讨论

2.3.1 氧化铝管上二氧化硅缓冲层的制备

2.3.2 二氧化硅管上二氧化硅缓冲层的制备

2.3.3 粘度与连续缓膜生长

2.3.4 缓冲层孔道结构

2.4 结论

第3 章 MFI分子筛膜的合成

3.1 前言

3.2实验

3.2.1 实验所用试剂及材料

3.2.2镀缓冲层载体管上MFI分子筛膜合成

3.2.3 分子筛膜的检测及表征

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 二次生长法在二氧化硅管上制备MFI分子筛膜

3.3.2 二步法合成条件对氧化铝管上MFI分子筛膜生长的影响

3.3.3二步法合成条件对SiO2管上MFI分子筛膜生长的影响

3.4 结论

第4 章 分子筛膜渗透蒸发分离二甲苯

4.1 前言

4.2 渗透蒸发的理论框架

4.2.1 液体进料分离过程设计

4.3 实验

4.3.1 实验条件

4.3.2 液体进料分离装置

4.4 实验结果与讨论

4.5 结论

第5 章 总结与展望

5.1 总结

5.2 进一步工作方向

参考文献

致谢

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果