Fe-MFI分子筛膜的制备及低浓度乙醇/水分离性能研究

摘要

MFI型分子筛膜具有良好的稳定性、均一的孔径以及规则的二维孔道结构，能够在分子级别上实现对多种物质的筛分，被广泛应用于膜分离、膜催化、化学传感器和防腐蚀涂层等重要领域，并表现出了广阔的应用前景。制备无缺陷、连续致密且较薄的MFI型分子筛逐渐成为未来的发展趋势和研究方向。
　　本文首先利用Langmuir-Blodgett技术在α-Al2O3载体上组装silicalite-1晶种层，在此基础上，以合成Fe-silicalite-1分子筛膜为起点，着重考察了二次合成液中水含量和Fe/Si比的不同对膜合成的影响，结果表明当H2O/Si比为800、Fe/Si比为0.01时可以制备出完备的均匀致密且厚度为1μm的Fe-silicalite-1分子筛膜，同时膜合成的重复性较好。
　　随后向合成液中引入了氟元素，于含氟中性体系下制备F-Fe-silicalite-1分子筛颗粒和膜，硅源种类和模板剂浓度对颗粒和膜的结构及形貌有着重要影响。实验发现以fumed silica作硅源、TPAOH（四丙基氢氧化铵）/Si比为0.5时合成的分子筛颗粒尺寸较小；采用与上述相同的硅源和模板剂浓度的二次合成液，结合使用纯硅silicalite-1晶粒作晶种层可以获得连续的分子筛膜。进一步采用传统碱性体系和含氟中性体系结合的两步法制备了更加连续致密的F-Fe-silicalite-1膜。
　　b-轴取向的MFI型分子筛膜由于孔道较短，分子通过时传质阻力小，因而扩散速度快。本文使用手工组装法分别在玻璃和多孔α-Al2O3载体上制备了b-轴F-Fe-silicalite-1分子筛晶种层，实验结果表明当载体水平向上放置时以及使用壳聚糖作为高分子连接剂时有利于b-轴膜的形成，并且采用微波加热方式可以有效的避免a-轴孪晶生成，最终分别在玻璃和α-Al2O3支撑的壳聚糖载体上得到了厚度为270 nm和1μm的连续且高度b-轴取向的Fe-MFI分子筛膜。
　　最后采用传统高温焙烧法和低温加氢催化法分别脱除Fe-silicalite-1分子筛颗粒和膜中的模板剂。经分析表征和渗透汽化分离测试证明采用优化的合成液配比制备分子筛膜后并于氢气氛围下低温300℃脱除模板剂能够获得最佳的分离数据，在50℃下对于5 wt％的乙醇/水溶液的渗透通量为2.35kg m-2h-1，分离因子高达91.69，且重复性较高。经两步法合成的F-Fe-silicalite-1膜采用低温法脱除模板剂后，也表现出了优异的分离性能。在微波加热方式下以α-Al2O3支撑的壳聚糖为载体所制备的b-轴Fe-MFI膜能够将5 wt%乙醇/水溶液的渗透通量提高至3.58kg m-2h-1，分离因子为41。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 渗透汽化优先透醇分离膜

1.2 分子筛的表面定向组装技术

1.3 MFI型分子筛膜的研究进展

1.4 本课题的研究内容与意义

第2章 LB技术组装MFI分子筛单层及Fe-MFI膜的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 含氟体系下Fe-MFI分子筛膜的制备

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 b-轴取向Fe-MFI分子筛膜的调控和制备

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 Fe-MFI分子筛膜在渗透汽化中的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 实验结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 本文结论

6.2 研究展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢