Sn-silicalite-2分子筛膜的制备及其渗透汽化性能研究

采用二次生长法在多孔α-Al2O3支撑体表面制备Sn-silicalite-2分子筛膜。通过XRD和FT-IR分析证明Sn原子进入MEL分子筛骨架,通过扫描电镜(SEM)表征膜结构。考察了Sn含量、进料温度和进料质量分数对渗透汽化性能的影响。结果表明,合成液中Sn/Si摩尔比为0.03时,Sn-silicalite-2分子筛膜具有最高的有机物选择性,并且随着进料温度的升高和进料质量分数的降低,渗透通量和分离因子均增大。在料液温度为70℃、进料质量分数为5%的条件下,合成液中Sn/Si摩尔比为0.03的Sn-silicalite-2分子筛膜分离乙醇/水、乙酸/水和DMF/水溶液的渗透通量分别为1.28、1.13、0.99 kg/(m^2·h),分离因子分别为6.3、12.7和5.6。

基于沸石分子筛的CO_(2)分离膜研究进展

综述了基于沸石分子筛材料的CO_(2)分离膜的研究进展,主要介绍了由不同拓扑结构沸石分子筛制备的无机膜和以沸石分子筛作为填料的混合基质膜的CO_(2)/CH_(4)分离性能,探讨了两种膜目前的研究瓶颈和相应的改进方法。针对以上几点,提出未来的研究重点在于超薄无机膜的制备及缺陷修复、混合基质膜的结构调控及构效关系研究,进而推动基于沸石分子筛材料的CO_(2)分离膜向工业化迈进。

含改性中空SAPO-34分子筛共聚膜的制备及其氮气/甲烷分离性能

为实现氮气/甲烷的有效分离,采用后处理刻蚀法合成了中空磷酸硅铝(SAPO)-34分子筛,并用2,4-二氨基-6-二烯丙氨基-1,3,5-三嗪(NDAM)进行二烯丙氨基功能化。用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(WAXD)对二烯丙氨基化中空SAPO-34分子筛进行了结构表征,并对其进行了气体吸附性能测试。气体吸附性能测试显示,二烯丙氨基化后的中空SAPO-34分子筛具有更高的N_(2)、CH_(4)吸附能力。另外,通过紫外交联法制备了甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFHMA)-季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)-二烯丙氨基化中空SAPO-34分子筛共聚膜,考察了中空SAP-34分子筛二烯丙氨基化改性对共聚膜的N_(2)/CH_(4)渗透分离性能的影响,并与聚甲基丙烯酸十二氟庚酯(PDFHMA)/中空SAPO-34共混膜进行了比较。结果表明:共聚膜在不降低聚合物基质选择性的前提下,N_(2)渗透系数提高至496 Barrer,超越了2008年罗宾逊上限,实现了N_(2)/CH_(4)有效分离,并且共聚膜中分子筛的分散性及膜的机械性能和渗透性能较共混膜更佳。

CoAPSO-5分子筛膜制备与CO_2/CH_4分离性能实验

采用原位水热合成法在多孔α-Al2O3上制备了CoAPSO-5分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的CoAPSO-5分子筛膜致密、均一、厚度20μm无取向;通过气体渗透法检测所合成的分子筛膜为无缺陷;同时,考察了CoAPSO-5分子筛膜对CO2/CH4混合气的分离效果,渗透分离结果显示,在渗透压差分别为0.3和0.5 MPa时,CO2/CH4的真实分离系数分别为4.86和5.29。

用于分离DMF/H_2O体系的Me-silicalite-1渗透汽化分子筛膜的制备

采用二次生长法制备了用于渗透汽化分离DMF/H2O体系的杂原子取代Me-silicalite-1/α-Al2O3(Me=Co、Fe)分子筛复合膜,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和紫外漫反射(UV-Vis)等方法对分子筛膜进行表征,结果表明金属离子进入分子筛骨架。渗透汽化实验显示,金属离子掺杂的silicalite-1/α-Al2O3分子筛复合膜,具有较好的分离性能且优先透过有机胺,有利于工业中DMF溶剂的回收和利用。随着操作温度升高,分离因子减小,渗透通量增加。40℃分离质量分数为5%的DMF/H2O混合液时,Co-silicalite-1/α-Al2O3分子筛膜和Fe-silicalite-1/α-Al2O3分子筛膜的分离因子分别为4.4和2.9,渗透通量分别为0.66和0.84 kg·m-2·h-1。

在多孔γ-Al_2O_3载体上微波加热合成NaSOD,NaA和NaX分子筛膜的研究

采用常压回流的微波加热体系,在多孔γ-Al_2O_3载体上成功地制备出NaSOD、NaA和NaX分子筛膜。XRD和SEM表征结果表明,多次合成有利于提高膜的致密程度。在微波场中,NaA分子筛的成膜性要优于NaSOD和NaX分子筛。3次合成后,3种分子筛膜上单组分H_2/N_2的理想分离选择性分别为3.00、4.00和2.58;H_2的渗透率分别为5.1×10^(-7)、6.8×10^(-7)和6.2×10^(-7)mol/(Pa·m^2·s),显示出较强的渗透能力和一定的分离能力。

分子量和NaY添加量对炭分子筛膜CO_(2)分离性能的影响

以均苯四甲酸酐(PMDA)和二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过改变反应时间和反应温度制得不同分子量的聚酰胺酸(PAA),然后通过原位掺杂NaY制得炭分子筛膜(CMSMs),用于CO_(2)分离性能研究.考察了前驱体分子量及无机填料对CMSMs气体分离性能的影响,同时测试了混合气分离性能,并研究了CMSMs的老化过程.结果表明,PMDA和ODA在0~5℃下反应6.5h后合成的PAA分子量最大,为13.55×10^(4),其对应的CMSMs的CO2渗透系数和CO_(2)/N_(2)选择性分别为291 Barrer和30.5.随着NaY含量的增加,CMSMs的CO_(2)渗透系数逐渐增加,而CO_(2)/N_(2)选择性先增大后减小;当NaY掺杂量为6%时,所制备的CMSMs的气体分离性能达到最优(CO_(2)渗透系数为699 Barrer,CO_(2)/N_(2)选择性为47.6).混合气分离性能测试表明,CMSMs的气体分离性能略低于纯气.在70 d的老化测试中,CMSMs气体分离性能表现出良好的稳定性,表明其具有一定的工业应用价值.

Silicalite-2分子筛膜的制备及其渗透汽化性能研究

利用二次晶种法在多孔α-Al2O3支撑体表面制备了全硅Silicalite-2分子筛膜。通过XRD和SEM等分析方法对分子筛膜进行表征,并考察了晶化时间、晶化温度以及水含量对分子筛成膜的影响。结果表明,在n(TBAOH)∶n(TEOS)∶n(H2O)=1∶3∶100,晶化时间为48 h,晶化温度为130℃下所制备的膜完整致密。将制备的分子筛膜用于渗透汽化分离有机物/水溶液,实验显示其具有有机物优先选择透过性。随着进料质量分数的降低和料液温度的升高,渗透通量和分离因子均增大。70℃分离5%的乙醇/水溶液、乙酸/水溶液和DMF(二甲基甲酰胺)/水溶液时,渗透通量分别为1.12、1.14 kg/(m2·h)和0.87 kg/(m2·h),分离因子分别为5.1、1.6和2.4。

多孔SiC陶瓷微孔道内合成Silicalite-2分子筛膜

榉木经高温热解转化为生物碳模板,通过液相渗硅反应工艺制备了保持木材微观结构的多孔SiC陶瓷.在生物形态多孔SiC陶瓷载体上采用原位沉积晶种-二次生长法在其微孔道内壁形成了一层5μm厚的Silicalite-2分子筛膜.利用XRD,SEM和BET对复合材料的相组成、微观结构和比表面积进行了表征,研究了水热晶化温度对原位沉积晶种和二次生长成膜的影响.经原位沉积(120℃,36h)晶种涂层后在载体孔道表面形成了一层球形颗粒堆积的连续晶种层,经170℃,36h的二次生长,晶种不断长大并交织生长形成连续致密单层分子筛膜.在多孔SiC陶瓷微孔道中沿垂直于载体表面方向形成了一层对齐排列的Silicalite-2棒状晶体,颗粒生长主要沿晶体的最长轴[101]方向进行.Silicalite-2/SiC复合孔结构材料的微孔体积为0.013cm3/g,BET比表面积为43.2m2/g,而相应的分子筛负载量为9.5%.

在多孔α-Al_2O_3陶瓷管上合成NaY沸石分子筛膜

为增大沸石膜的渗透通量,采用水热合成法将两段80mm长、孔径为3～5μm的α-Al2O3陶瓷管分别置于40cm长的晶化釜釜顶与釜底,重复多次涂膜,合成出了无缺陷的沸石膜.XRD、SEM及气体渗透表征表明,该膜确为NaY沸石分子筛膜.在釜顶合成的膜较薄,约为5μm;釜底合成的膜较厚,约为12μm.膜在焙烧去除结晶水的过程中,并未产生明显缺陷.釜顶合成的膜的渗透通量要比釜底合成的膜的渗透通量大1个数量级.在室温下,釜顶合成的膜对H2、N2渗透流率分别为7.95×10-6和2.56×10-7mol.s-1.m-2.Pa-1.H2/N2、H2/C3H8的选择因数分别达到3.13和12.24,可用于相关气体的分离.

PEI-NaA/α-Al_2O_3复合支撑分子筛膜的微波水热合成

采用微波水热合成法在聚醚酰亚胺(PEI)-NaA分子筛/α-Al2O3复合载体表面合成了具有高选择性的致密NaA型分子筛膜,重点考察了微波辐射时间对成膜的影响。采用X射线衍射图谱(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对NaA型分子筛膜进行了表征。XRD结果表明,复合载体表面生成的膜中只有NaA分子筛的晶相;SEM结果表明,复合载体基膜表面覆盖了一层致密连续的NaA型分子筛膜。合成的NaA型分子筛膜在不同质量分数乙醇中的渗透汽化性能结果表明,渗透通量随乙醇质量分数增大而减小,分离因子则反之,当乙醇质量分数为95%时,渗透通量仅0.05 kg/(m2.h),而分离因子高达13 000。

高度取向ZSM-5分子筛膜的制备及其CO2/H2分离性能

利用Langmuir-Blodgett(LB)技术,在多孔α-Al2O3底基表面获得排列致密且高度b-轴取向的纯硅Silicalite-1分子筛晶粒层;其次以有序组装的LB晶粒层作为晶种,以可促进Silicalite-1分子筛晶粒沿b-轴方向生长的溴化六丙双铵(dimer-TPABr)为结构导向剂,采用二次生长法,合成了连续致密的ZSM-5分子筛膜。SEM和XRD表征结果表明,在175℃晶化48 h制得的ZSM-5分子筛膜厚度约为2μm,其b-轴晶体优先取向值高达0.862,表明制备的ZSM-5分子筛膜高度b-轴取向。在25℃、渗透压力为0.3 MPa下,该取向ZSM-5分子筛膜的CO2/H2气体的分离因子达到7.37,对应的CO2分子渗透通量为5.96×10^-7 mol/(m^2·s·Pa),说明制备的ZSM-5分子筛膜具有较好的CO2/H2气体分离性能;同时说明利用LB技术可在多孔底基表面制备用于气体分离的取向分子筛膜。

4A分子筛掺杂PES膜吸附剂的制备及其对Cu^(2+)吸附性能研究

以聚醚砜(PES)为膜基质材料,以粒径分布较均匀的4A分子筛为功能颗粒,采用相转化法制备出了对Cu2+具有较大吸附容量的膜吸附剂;研究了4A分子筛填充PES膜吸附剂对Cu2+的吸附与脱附性能;探讨了4A分子筛填充量、离子强度、温度、pH、初始浓度等因素对其吸附性能的影响.结果表明:膜吸附剂的吸附容量随着4A分子筛填充量的增加而增大,当4A分子筛质量分数达60%时,膜吸附剂对Cu2+的吸附容量可达109.7 mg/g;0.1 mol/L的HCl溶液对吸附饱和的膜吸附剂脱附率达98.6%.

不同硅烷修饰的MFI分子筛膜及其H_2/CO_2分离性能

通过NH4+离子交换的方法获得了HMFI分子筛膜,采用在线化学气相沉积法(CVD)对其进行晶内孔道修饰,以提高其对H2的分离选择性.实验考察了四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基二乙氧基硅烷(MDES)和三甲基乙氧基硅烷(TMES)3种不同尺寸修饰源对膜性能的影响.结果表明,尺寸较小的TMES更容易扩散进入分子筛膜的晶内孔道,从而获得了更优的H2/CO2分离性能,修饰后的膜在500℃下H2/CO2的分离因子可达45.9,H2的渗透性为1.43×10-7 mol/(m2·s·Pa).同时,通过质谱(MS)分析了TMES在HMFI分子筛孔道中的裂解行为,探讨了硅烷修饰的的沉积机理.

Al_(2)O_(3)基底上Zn/HZSM-5分子筛膜的制备与甲醇芳构化性能

通过在Al_(2)O_(3)微球上原位生长HZSM-5分子筛膜并负载Zn后获得了宏观颗粒尺寸2~3mm的Zn/HZSM-5/Al_(2)O_(3)分子筛,研究了其甲醇芳构化性能。结果表明:HZSM-5均匀包覆在Al_(2)O_(3)表层,并呈现出B酸为主的表面酸性质,该催化剂实现了98%以上的甲醇转化率以及35.25%的芳烃选择性。引入Zn后,在保持98%以上甲醇转化率的同时,芳烃选择性达到42.60%。Zn/HZSM-5/Al_(2)O_(3)中ZnOH~+物种提供的L酸性中心,与分子筛的B酸中心协同作用,使催化剂的芳构化性能得到了显著提高。

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。

微孔-介孔分子筛复合膜MFI/SBA-2的制备

用硼硅玻璃作承载体,在分别制备和表征了MFI结构的微孔膜材料和SBA-2六方介孔材料膜的基础上,首次制备出结构为MFI/SBA-2的微孔-介孔无机复合功能膜材料,并利用XRD、TEM和电子衍射等手段对其进行了表征,进一步探讨了复合膜的成膜机制,指出了微孔-介孔复合膜在分离和催化方面潜在的应用价值。

SAPO-34分子筛膜的合成及CO_(2)/CH_(4)分离性能研究进展

具有CHA骨架结构的SAPO-34分子筛及分子筛膜因其规整的孔道结构、适度且可调控的表面酸性、优良的热和水热稳定性在气体分离领域具有广泛的应用前景.介绍了目前SAPO-34膜的合成方法、影响SAPO-34分子筛膜分离性能的主要因素,着重探讨了SAPO-34分子筛膜合成体系各参数的调控和优化策略,概述了目前SAPO-34分子筛膜在CO_(2)/CH_(4)分离领域的研究现状和需要进一步解决的问题.分析了CO_(2)气体分离工业化进程及存在的问题,并指出SAPO-34分子筛膜的研究发展方向.

载体改性制备SAPO-34分子筛膜及其H_2/CO_2分离性能的研究

以四乙基氢氧化铵(TEAOH)为模板剂,采用传统水热法合成粒径为纳米级SAPO-34分子筛。利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对载体表面进行改性,再用二次生长法在改性载体上成功制备出高性能SAPO-34分子筛膜。通过X-射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的SAPO-34分子筛以及SAPO-34分子筛膜进行表征。结果表明,制备出的SAPO-34分子筛膜连续致密,且结晶度高。对SAPO-34分子筛膜进行气体分离测试以评价其性能,在298 K,膜两侧压差为0.1 MPa条件下,SAPO-34分子筛膜对H_2/CO_2的分离选择性从1.45提高到6.20,CO_2的渗透率也高达1.76×10^(-7)mol/(m^2·s·Pa)。

AlPO-18分子筛膜在N2/CH4体系中的分离性能研究

采用廉价的N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)为结构导向剂,通过2次水热合成法,在大孔管状莫来石支撑体上成功制备出具有N2/CH4分离性能且重复性良好的AlPO-18分子筛膜.对合成的AlPO-18分子筛膜进行了不同单气体的渗透性能测试;考察了测试压力及温度对N2、CH4在AlPO-18分子筛膜上的气体渗透行为影响.在303 K及0.1 MPa压差测试条件下,性能最佳的AlPO-18分子筛膜对N2的渗透速率及N2/CH4的理想选择性分别为0.91×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1和7.9.