Hordozós zeolitmembránok előállítása, fizikai-kémiai jellemzése és katalitikus alkalmazása = Preparation and characterization of supported zeolite membranes

摘要

Újfajta módon, gőzfázisú anyagtranszport eljárással alakítottunk ki vékony, részben orientált MFI zeolitréteget makropórusos hordozón, magadiit Si prekurzorból. Továbbá szintetizáltunk nagy áteresztőképességű, termikusan stabil, nagy szelektivitású zeolitmembránt in-situ eljárással és un. másodlagos növesztéssel amorf Si-forrásból kiindulva. Az ecetsav etanolos észterezésében sikerült az egyensúlyt az etilacetát képződés irányába eltolni a víz folyamatos pervaporációs eltávolításával [Fe]MFI (Si/Fe=100) zeolit membránon keresztül. Ebben a kísérletben a zeolitmembrán inert szeparátorként funkcionált. Bórral izomorfan szubsztituált MFI membrán az 1-butén izomerizációjában katalizátorként és szeparátorként működött. Rámutattunk, hogy a vázszerkezetbe beépült bórhoz kapcsolódó hidroxilcsoportok gyenge Brönsted-savas centrumok, amit a termékeloszlás (transz-2-butén, cisz-2-butén) is igazolt. A permeát oldali, termodinamikai egyensúlyi koncentrációnál magasabb transz-2-butén koncentráció oka, hogy a zeolit csatornáiban transz-2-butén diffúziója gyorsabb. A katalitikus módszert alkalmasnak tartjuk a membránt alkotó zeolitkristályok saverősségének jellemzésére, a zeolit vázszerkezetben az izomorf szubsztitúció bizonyítására, a membránréteg irreverzibilis károsodása nélkül. Anyagtudományi ismereteink bővülésén, kutatási infrastruktúránk javulásán túl a projekt lehetőséget nyújtott Kollár Márton PhD hallgató felkészült szakemberré válásához. | Thin, oriented zeolite layer was synthesized on macroporous alfa-Al2O3 support by vapor-phase transport method applying sheet silicate as Si precursor. High-throughput and high selectivity zeolite membranes, having high thermal and chemical stability were also prepared by in-situ and secondary growth techniques. In the esterification of acetic acid with ethanol the equilibrium was shifted to the formation of ethyl acetate by removing the formed water through the [Fe]MFI (Si/Fe=100) zeolite membrane by pervaporation. In this experiment zeolite membrane worked as inert separator. However, in the reaction of 1-butene isomerization the studied boron substituted MFI membrane had the dual role of the catalyst and the permselective layer. It was proved that double-bond shift occurred, thus cis- and trans-2-butenes were formed. The catalytic selectivity is due to the low acid strength of the Bronsted-sites generated by the framework boron. The ratio of the trans/cis-2-butenes in the permeate stream was higher than the equilibrium value, which was attributed to the permeation selectivity of the membrane for the trans-2-butene. The catalytic method can be applied as acidity characterization technique for the zeolite crystals that build the continuous membrane layer, without irreversible damage of the zeolite film. The project gave opportunity for Márton Kollár Phd student to be trained in membrane techniques and gain experience in this research areas and obtain PhD degree.