渗透汽化NaA分子筛膜研究进展及其工业化应用

在新型化工分离技术中,渗透汽化膜分离技术是一种新型膜分离技术,广泛应用于食品、医药、电子、新能源等领域。NaA分子筛作为无机多维度笼状材料,由于其高效的选择吸附性、优异且均一的三维晶面结构,成为渗透汽化分子筛膜得以规模化制备和生产的重要前驱体物种。采用溶胶-凝胶法、水热合成法等手段使无机载体材料表面的NaA分子筛晶体化,形成高性能的分子筛膜材料,成为制备渗透汽化分子筛膜的重要途径以及规模化工业应用的重要前提。本文概述了渗透汽化分子筛膜的合成反应机理,阐述高性能渗透汽化NaA分子筛膜制备过程中的影响因素、渗透汽化分子筛膜的研究进展和工业化应用现状。

NaA分子筛膜的制备及其在醇类脱水中的应用

采用水热合成法在莫来石支撑体上制备NaA分子筛膜,并利用渗透汽化技术对甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇等不同分子尺寸的醇水体系进行脱水性能的研究,同时考察操作温度和原料液中水含量对膜的分离性能的影响.研究表明:在优化条件下制备出致密无缺陷的NaA分子筛膜,所制备的膜对几种醇类体系脱水都具有良好的分离效果,膜的渗透水通量随温度的升高而增加,分离因子略有下降;随着醇类分子尺寸的增大,膜的分离因子和水通量都呈增大趋势.

流动体系中NaA分子筛膜的制备及渗透汽化分离性能研究

以液体硅酸钠、铝酸钠和氢氧化钠为原料,在一种流动体系中制备了工业应用规格的NaA分子筛膜,用XRD和SEM对分子筛膜的晶相结构和表面形貌进行了表征,所制备的NaA分子筛膜具有优良的渗透汽化分离性能.这种流动体系中制备分子筛膜的新方法从根本上避免分子筛合成过程中的浓度梯度问题,有利于制备均匀、连续、致密、分离性能优异的分子筛膜,特别适合于制备工业应用规模的分子筛膜.

有机功能化α-Al_2O_3陶瓷中空纤维表面合成高性能分离氢用NaA分子筛膜

通过浸渍3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(ADMS)对α-Al2O3中空纤维载体进行有机功能化改性,使载体表面带正电,利用NaA分子筛晶种负电性与功能化载体之间的静电吸附机理进行预涂晶种,采用微波加热-二次生长法于载体表面合成了NaA分子筛膜.采用X射线衍射(XRD)、zeta电位、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段和气体渗透实验对NaA分子筛膜进行了表征.考察了未改性NaA分子筛膜与改性NaA分子筛膜的形貌、结构和气体渗透性能差异.XRD结果表明载体表面只有NaA分子筛生成;zeta电位分析表明NaA分子筛晶种及分子筛前驱体与有机功能化载体电位相反,存在静电吸附作用;SEM结果显示改性NaA分子筛膜表面颗粒相互联结呈孪生态,膜厚约5μm,膜层致密、均匀、平整;在不同温度下对H2、O2、N2和C3H8进行气体渗透测试,35°C条件下改性NaA分子筛膜对H2的渗透率(4.0×10-7-2-1-1)低,而改性NaA分子筛膜的H2/C3H8理想分离系数则高达11.25,远大于未改性NaA分子筛膜的H2/C3H8理想分离系数(5.06).

NaA分子筛膜渗透蒸发制备高纯糠醛

采用热浸渍晶种法制备了均匀致密的NaA分子筛膜,并用于糠醛脱水。考察了进料流量、进料温度和进料中糠醛含量对糠醛脱水性能的影响。实验结果表明,当进料温度为80℃、渗透侧压力小于100 Pa、流量为196 mL/min、进料中糠醛含量为93.7%(w)时,NaA分子筛膜对于水-糠醛的分离因数最高可达34 110;当进料温度为90℃时,分离因数约为12 000,膜的渗透通量可达1.79 kg/(m2.h);对进料中糠醛含量为89.6%(w)的水-糠醛混合液进行渗透蒸发浓缩,连续运行96 h后所得产品糠醛含量为99.5%(w),膜的平均渗透通量为0.60 kg/(m2.h)。

NaA分子筛膜的合成及在渗透蒸发中的应用

介绍了近几年来国内外在NaA分子筛膜的合成及应用方面的研究进展,重点介绍了NaA分子筛膜渗透蒸发的机理和在有机物脱水中的应用.提供了分子筛膜渗透蒸发与蒸馏过程在有机物脱水中的经济比较,发现渗透蒸发过程能降低一半成本.最后对NaA分子筛膜的制备和渗透蒸发进行了展望.

NaA分子筛膜的制备及其用于醇水分离的研究进展

综述了NaA分子筛膜的制备方法及NaA分子筛膜在醇水分离应用中的最新研究进展和发展趋势。主要介绍了水热合成法、晶种法和微波加热法。总结了NaA分子筛膜制备过程的影响因素,包括支撑体及合成条件对分子筛膜醇水分离性能的影响。介绍了一些国外NaA分子筛膜工业应用情况。最后提出了我国NaA分子筛膜醇水分离方面工业应用的前景和需要进一步解决的问题。

热浸渍晶种法制备高重复性NaA分子筛膜

利用热浸渍法和打磨法引入晶种合成NaA分子筛膜,将合成的NaA分子筛膜应用于乙醇/水混合体系,研究进料温度、进料侧压力及进料流量等对其分离性能的影响。结果表明,进料温度升高,渗透通量和分离因数呈增大趋势;进料侧压力增大,渗透通量增加,分离因数减小;进料流量增大,渗透通量明显增大,分离因数未发生明显变化。进料温度为75℃、进料侧压力为100kPa、相对真空度接近-0.1MPa、进料流量为16L/h时,所得NaA分子筛膜的渗透通量和分离因数分别为1.08kg.m-2.h-1和3 338,此时用于乙醇/水混合体系分离效果最佳。NaA分子筛膜的重复性高达80%。

α-Al_2O_3载体上微波水热法合成致密NaA分子筛膜

在微波每次加热时间为20 min的条件下,采用多次反复合成的方法合成出致密的NaA分子筛膜。运用XRD和SEM技术表征了膜的晶相和形貌。表征结果显示,经过多次合成的分子筛膜仍然是由纯的NaA分子筛组成;随着合成次数的增加,膜的完整性进一步提高。气体分子(如H2、N2、CO、CO2、C3H8)的渗透数据显示,经过3次合成的NaA分子筛膜的H2/N2、H2/CO、H2/CO2、H2/C3H8的理想分离选择性分别为3.79、4.05、3.88、7.35,高于相应的努森扩散分离。

NaA分子筛膜的合成及条件优化

以二次生长法为基础,在α-Al_2O_3载体上,采用热浸渍法合成出连续致密的NaA分子筛膜,并将其应用于乙醇脱水反应;通过改变铝源﹑搅拌转速﹑晶化时间﹑晶化温度及晶化次数等合成条件,对NaA分子筛膜的合成工艺进行了优化;采用XRD和SEM手段表征Na A分子筛膜。表征结果显示,合成的Na A分子筛膜晶体具有较高的结晶度。实验结果表明,以NaAlO_2(Na_2O含量38%(w),Al_2O_3含量50%(w),水含量11%(w))为合成液中的铝源,在搅拌转速为90 r/min、晶化温度为97℃、晶化2次、每次晶化时间均为3.6 h的条件下,可合成出渗透汽化性能更优的NaA分子筛膜,膜的渗透通量可以达到1.36 kg/(m^2·h),分离系数可达到12 730。

NaA分子筛膜蒸气渗透脱除一氯甲烷中的痕量水

利用热浸渍提拉晶种法,在孔径为2～3μm的多孔α-Al2O3陶瓷管载体上水热合成NaA分子筛膜,采用XRD和SEM等方法对合成的膜进行表征。用NaA分子筛膜对水含量为0.252%(w)的一氯甲烷进行蒸气渗透分离,考察合成液配方、进料压力和进料温度等条件对NaA分子筛膜蒸气渗透分离性能的影响。实验结果表明,经3次水热合成得到致密、连续的NaA分子筛膜,在合成液摩尔组成为1Al2O3∶2SiO2∶2Na2O∶120H2O时制备的膜厚度为7～8μm;室温下NaA分子筛膜的分离因数可达75000;在进料压力为0.05～0.20 MPa时,NaA分子筛膜对水的通量为0.147 kg/(m2.h)。

NaA分子筛膜的合成及其表征

分别采用原位水热二次合成法、微波密闭合成法,在管状-αAl2O3陶瓷管的外表面上合成出了一系列的NaA型分子筛膜,考察了四种原料配比、四种涂晶方法对合成分子筛膜的影响,对合成条件进行了优化.分别采用XRD、SEM、及乙醇水溶液的渗透汽化实验(用氮气吹扫渗透侧作渗透推动力)对合成的膜进行了表征.结果表明当原料配比为Na2O∶Al2O3∶SiO2∶H2O=1∶1∶3.6∶100,清液涂晶种,微波密闭合成出的分子筛膜对水和乙醇的选择性较好,分离因子远远大于空白管的分离因子,95%(wt)的乙醇水溶液通过膜渗透后,渗透侧乙醇的含量则降至21%(wt),水的含量升高到79%(wt),分离因子可达63.8.

生物柴油生产中甲醇脱水的NaA分子筛膜研究

以水热法合成的NaA分子筛膜为研究对象,通过分离甲醇/水溶液、扫描电镜观测(SEM)及X射线衍射仪(XRD)等分析方法,对该膜的性能进行分析与实验验证。研究结果表明:按照物质的量之比Na2O:Al2O3:SiO2:H2O=48∶1∶5∶4500的配比,载体放置方式垂直向下,90℃水热合成4 h制备NaA分子筛膜,50℃分离95%甲醇/水溶液,分离系数最高达64.87。5次渗透汽化反应后,NaA分子筛膜仍表现出渗透汽化性能,为甲醇精馏及生物柴油低能耗生产提供可能。

NaA分子筛膜的制备及其渗透蒸发性能

采用喷涂法在多孔α-Al2O3载体上制备了NaA分子筛膜(M),其结构和形貌经SEM和XRD表征。对M的渗透蒸发性能进行了研究,结果表明:喷涂时间和晶种浓度是影响M渗透蒸发性能的关键因素。在喷涂时间为30 s,晶种浓度为1 wt%的最佳条件下制备的M,在348 K时对90 wt%乙醇的渗透通量为2.64kg·m-2·h-1,分离因子>10 000。

NaA分子筛膜反应器内乙基叔丁基醚的合成

针对乙醇和叔丁醇反应制备乙基叔丁基醚(ETBE)时产物水的阻碍效应所造成的ETBE收率不高的问题,提出以中空纤维NaA分子筛膜为核心元件,构建渗透汽化膜反应器(PVMR),使反应生成的水能够通过渗透汽化作用高效地在线脱除。通过与普通反应器的对比实验发现,料液初始醇比的升高可以抑制副反应的进行,提高ETBE的最终收率,但同时乙醇的稀释作用会导致PVMR脱水效率的下降。此外,无论是增加初始料液中乙醇的用量,还是采用具有过程强化作用的PVMR,对该醚化反应过程的促进作用均体现在主反应选择性的提高,而对叔丁醇转化率的影响则相对较小。结果表明,通过反应条件的优化,ETBE的收率由最低时的9%提高到25%。

管式支撑体内表面NaA分子筛膜的合成与表征

采用转动合成方式通过二次生长法在管式α-Al2O3支撑体内表面合成了NaA分子筛膜,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描式电子显微镜(FE-SEM)和渗透汽化分离技术对所合成的膜进行了系统表征。考察了合成釜转速对分子筛膜合成的影响,结果表明合成釜转速的提高有利于分子筛膜合成。在转速为4 r.min-1时所合成NaA分子筛膜分离因子高达2370,渗透通量1.86 kg.h-1.m-2左右(乙醇/水溶液质量比为95∶5,343 K)。同时考察了操作温度和进料溶液水含量对NaA分子筛膜渗透汽化性能的影响,初步探讨了端头釉封对膜分离性能的影响。随着操作温度升高,膜的渗透通量增加,而分离因子有所下降;随着进料溶液水含量降低,渗透通量降低,而分离因子呈先上升后下降的趋势。

微波场中NaA分子筛膜合成规律的研究

采用微波加热技术,常压回流条件下,在多孔氧化铝载体上制备出连续NaA分子筛膜,详细考察了放置方式、碱度、钠离子浓度以及合成次数对膜形成的影响.XRD和SEM表征结果显示,竖立放置和平置在顶部有利于提高膜的连续程度;高的碱度和高的钠离子浓度都不利于形成连续膜,反而溶解膜层;凝胶体系更易抑制转晶;在较短的合成时间里,多次合成有利于形成连续致密膜.

操作参数对中空纤维NaA分子筛膜渗透汽化性能影响的实验与模拟

采用串联传质阻力模型探讨乙醇/水混合组分在中空纤维Na A分子筛膜内的渗透行为,其中混合组分在Na A分子筛膜层的渗透行为采用普遍化Maxwell-Stefan方程进行描述,而混合组分在中空纤维支撑体层的渗透行为则采用努森、黏性流混合扩散模型进行描述。通过该模型考察了进料温度、水含量等操作参数对中空纤维Na A分子筛膜乙醇脱水渗透性能的影响。结果表明,模拟计算结果与实验结果吻合较好,水通量随着温度与进料水含量的增加而增大,而渗透侧压强的影响与之相反。高水含量下水的吸附量趋于饱和使得水通量随水含量的变化较小;渗透侧压强高于1 k Pa时,水组分在膜层与支撑层中间侧压强增加明显。

真空抽吸晶种涂覆法制备中空纤维NaA分子筛膜

针对中空纤维分子筛膜批量化制备过程中晶种涂覆问题,提出真空抽吸晶种涂覆技术,以简化晶种涂覆工艺过程。利用真空抽吸法在α-Al2O3中空纤维支撑体外表面涂覆NaA分子筛晶种层,继而采用二次生长法制备NaA分子筛膜。利用粒径分析仪、X线衍射仪(XRD)以及场发射扫描电子显微镜(FESEM)对NaA分子筛晶种及所制备的分子筛膜进行了系统表征。实验考察晶种涂覆条件对膜性能的影响,并优化真空抽吸条件。研究结果显示:采用质量浓度为5 g/L的小粒径晶种悬浮液,在10 kPa真空度下抽吸5 s可获得均匀的晶种层,并制得高性能的中空纤维NaA分子筛膜。在348 K下,所制备中空纤维NaA分子筛膜用于质量分数为90%的乙醇/水溶液分离时,其渗透水通量为5.89 kg/(m2·h),分离因子为11 800。

NaA分子筛膜蒸汽渗透促进丙烯酸/乙醇的酯化反应

以对甲苯磺酸为催化剂,利用亲水性NaA分子筛膜蒸汽渗透过程,选择性地将丙烯酸和乙醇酯化反应产物中的水原位分离出反应器,打破反应平衡限制,使反应不断向右进行,反应15 h丙烯酸转化率达到100%。