MFI型沸石分子筛膜在膜分离领域的应用

分离技术作为化工生产过程中的基本操作单元,为现代工业提供了大量的净化产品。分子筛膜的制备与使用已逐渐发展起来,已是当今薄膜科技发展的热点。MFI是目前研究最广泛和最成熟的一种分子筛,具有独特的孔道结构,不同取向的MFI沸石分子筛膜具有不同的分离效果。MFI分子筛膜已逐步应用于工业中各领域的分离中。本文总结了近年来用于MFI型分子筛膜在膜分离领域的应用,主要从不同的分离原料对其分离性能进行了分析。最后,对MFI型分子筛膜的发展前景做出了展望。

MFI型沸石晶体的择优定向生长

首次采用'双模板剂'法在SiO2-Na2O-正丙胺-溴化N-乙基-六亚甲基四胺(EtHMTA+)-NaF-H2O体系中合成得到了b轴择优取向的ZSM-5(MFI型)晶体,并用扫描电镜(SEM)和XRD进行表征.择优取向程度与所用的两种模板剂的比例有关,当正丙胺:EtHMTA+比为O.7:0.3时,ZSM-5晶体择优取向最明显.

定向含硼MFI型沸石膜对纯气体的渗透性以及对乙醇/水体系的分离选择性

研究定向含硼MFI型沸石膜和原多孔玻璃基材对纯气体的渗透性以及对乙醇 /水体系的分离选择性 .原多孔玻璃基材对纯气体的透过表现出诺森扩散选择性 ,表明气体以诺森扩散通过 .纯气体透过焙烧后的B Al ZSM 5沸石膜 ,H2 ,He ,Ne ,Ar ,O2 ,CO2 对N2 的理想选择性分别为 16 8,15 6,12 6,9 41,8 60 ,5 3 2 ;CO和SO2 对N2 的理想选择性分别为0 13 5和 0 0 179;O2 对CO和SO2 的理想选择性分别为 63 7和 480 2 .这表明该类沸石膜对纯气体的透过不仅具有良好的理想选择性 ,而且可能为新型防毒面具提供一种很好的可选材料 .渗透汽化实验表明 ,在测定温度范围内原多孔玻璃基材对三种不同浓度的乙醇 /水体系几乎没有分离性能 .焙烧后的B Al ZSM 5沸石膜对 5wt % ,5 0wt%和 95wt%乙醇 /水体系的分离 ,水的最大分离系数分别为 2 8 2 ,13 5 7和 5 18 5 ,且温度均为 3 0 3K .

ZrO_2和Al_2O_3支撑的MFI型沸石分子筛膜:支撑体材料对膜性能的影响

采用水热合成法,以纯SiO2为源物质,在介孔Y2O3掺杂的ZrO2(YZ)及大孔a-Al2O3支撑体上制备出高质量的MFI型沸石分子筛膜。通过H2/n-C4H10气体混合物的渗透分离和p-xylene的蒸发研究了不同支撑体上MFI型沸石分子筛膜分离性能。在较低温度范围,YZ支撑的MFI型沸石分子筛膜中n-C4H10的渗透率比Al2O3支撑的膜高很多。最大n-C4H10与H2的分离率达到500。Al2O3支撑的膜中p-xylene的蒸发流量随时间下降很快,而YZ支撑的膜中的蒸发流量则变化缓慢。用XRD对膜的晶体结构进行分析,通过多种温度下热处理不同支撑体上的膜样品研究了其热稳定性与支撑体材料的关系。YZ支撑的MFI型沸石分子筛膜的MFI 结构在1000C 后仍能保持,而Al2O3支撑的膜950C 时已完全转变为石英相。研究结果表明,YZ支撑的MFI型沸石分子筛膜比Al2O3支撑的膜表现出更好的厌水性,热稳定性以及抗阻塞性。

超稀溶液体系中高性能MFI型沸石膜的制备及表征

以廉价管状大孔α-Al_2O_3作为载体,采用二次生长法,在超稀溶液体系(H_2O/SiO_2=1000)中成功制备了高性能MFI型沸石膜,分别考察晶种尺寸和H_2O/SiO_2对沸石膜的形貌及渗透蒸发性能的影响。结果表明,尺寸为0.4μm晶种制备的晶种层具有更大的晶核密度,能够增加载体表面的成核位点,因此对沸石膜的生长具有更强的诱导作用。超稀溶液体系中低浓度的模板剂和硅源环境能够控制沸石晶体的生长速率,从而降低沸石膜厚度,同时可以抑制晶间缺陷的形成。将制备的沸石膜用于60℃渗透蒸发分离5wt%乙醇/水混合物,分离因子α(乙醇/水)和渗透通量分别为47和4.09 kg/(m^2·h)。采用超稀的合成液配方和廉价大孔载体,既可以降低沸石膜制备的原料成本,又可以提高沸石膜的渗透通量,显示出MFI型沸石膜在脱除水中低浓度有机物潜在的工业化应用前景。

MFI型沸石分离CO2-N2混合物的热力学研究

用Monte Carlo模拟方法,模拟了二氧化碳(CO2)-氮气(N2)混合烟气在MFI型沸石中的吸附等温线,分析了温度、压力及烟气组成等条件对吸附量的影响,以及MFI型沸石对模拟烟气中CO2的吸附选择性.用微扰链统计缔合流体理论(PC-SAFT)研究了不同温度下CO2-N2二元体系的p-x相图,阐明了从脱吸气体中液化分离CO2所需的温度范围。

MFI型沸石分子筛膜在膜分离领域的应用

分离技术作为化工生产过程中的基本操作单元,为现代工业提供了大量的净化产品。分子筛膜的制备与使用已逐渐发展起来,已是当今薄膜科技发展的热点。MFI是目前研究最广泛和最成熟的一种分子筛,具有独特的孔道结构,不同取向的MFI沸石分子筛膜具有不同的分离效果。MFI分子筛膜已逐步应用于工业中各领域的分离中。本文总结了近年来用于MFI型分子筛膜在膜分离领域的应用,主要从不同的分离原料对其分离性能进行了分析。最后,对MFI型分子筛膜的发展前景做出了展望。

二维MFI分子筛的合成方法及优化合成条件的研究进展

与三维块状MFI沸石相比,二维MFI沸石具有更大的表面积、更短的扩散距离和更灵活的结构,不同取向的MFI沸石分子筛膜具有不同的分离效果,在催化方面具有更大的优势。在二维MFI沸石的合成中,具有亲水和疏水基团的双功能模板起着重要作用。不同基团和不同链长的模板剂对合成的二维沸石的形貌和催化性能有重要影响。本文基于近年来二维MFI沸石的研究现状,介绍了层状MFI沸石的合成方法以及如何降低合成模板剂的成本和优化纳米片合成时间进行了讨论,并展望了未来的发展机遇和挑战。

MFI型金属硅酸盐合成、介孔改性与骨架原子脱除行为

采用无机原料合成高硅沸石ZSM-5、Fe MFI、TS-1和超高硅SH-ZSM-5(摩尔比Si/Al=402.4),通过骨架Si、金属原子(M=Al、Fe、Ti)抽提对系列H-MFI沸石进行介孔改性。借助XRD、FT-IR、UV-vis、77 K N2吸附-脱附和SEM/EDX技术,研究沸石晶体结构、金属原子嵌入率、介孔率及骨架Si、M脱除行为。结果表明,与前体相比改性沸石Si/M摩尔比降低,高选择性脱硅沸石具有多级微、介孔结构和较高织构介孔率。引入附加介孔使BET比表面积和总孔体积显著增加。同构沸石介孔形成受骨架电荷密度、嵌入金属原子种类、晶体形貌与尺度等因素的影响。骨架原子脱除效率按ZSM-5、Fe MFI、TS-1次序递减。聚集态TS-1、SH-ZSM-5因过度脱硅导致相对产率和介孔生成效率下降。

基于纳米流控系统的超弹套管保护套结构原理与性能试验

针对套管承受非均匀载荷及压力温度变化引起的气窜问题,利用纳米流控能量吸收/转换系统所具有的独特的温变压变特性,提出了在套管外包覆超弹套管保护套的方法,介绍了超弹套管保护套的结构和原理,并通过压力-体积试验和温变试验测试了MFI型沸石-水流控系统的性能。压力-体积试验发现,MFI型沸石-水流控系统中的功能流体(水)随外界压力与温度的变化自发流入或流出纳米多孔介质的孔道,通过体积变化平衡外压或温度的变化,降低套管失效概率与气窜风险。温变试验发现,当温度在30～75℃之间变化时,该套管保护套的压力阈值随温度升高而降低,其形变能力随温度升高而增强,具有优异的温变工作特性。研究表明,套管外包覆合适超弹套管保护套,利用其温度和压力变化下良好的变形协调能力,可有效解决复杂工况下套管外气窜的问题。