純硅DD3R沸石分子篩的合成及其吸附、分離性能研究.pdf

1、隨著環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排意識(shí)的不斷增強(qiáng)，基于沸石分子篩作為吸附劑的吸附分離技術(shù)應(yīng)用受到全球各國(guó)的廣泛關(guān)注。沸石分子篩合成化學(xué)的豐富和發(fā)展，實(shí)驗(yàn)技術(shù)的改進(jìn)和更新，以及分子模擬技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，使得對(duì)該領(lǐng)域的研究呈現(xiàn)出欣欣向榮的景象。
　　近年來(lái)，純硅DD3R沸石分子篩在多個(gè)氣體吸附分離應(yīng)用領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在價(jià)值。然而，其成本昂貴、工藝繁瑣而產(chǎn)物收率、品質(zhì)不高的合成方法極大地阻礙了對(duì)DD3R沸石分子篩的深入研究及其工業(yè)化應(yīng)用。針對(duì)國(guó)內(nèi)外

2、對(duì)DD3R沸石分子篩合成及吸附和擴(kuò)散研究領(lǐng)域所存在的重要科學(xué)問(wèn)題，本文圍繞DD3R分子篩相關(guān)領(lǐng)域進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究:
　　從基礎(chǔ)研究角度出發(fā)，純相、均一的DD3R晶體對(duì)于獲取精確的吸附及擴(kuò)散數(shù)據(jù)是十分關(guān)鍵的;從工業(yè)應(yīng)用角度考慮，尋求一種高產(chǎn)率、高重復(fù)率的DD3R快速合成方法利于DD3R的大規(guī)模生產(chǎn)及吸附分離應(yīng)用。采用含氟體系合成DD3R的方法，引入未晶化完全的DD3R作為品種，晶化1天成功制得了產(chǎn)物晶體形貌、尺寸均一的純相D

3、D3R沸石分子篩。通過(guò)對(duì)DD3R合成的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，晶種的類型及顆粒大小顯著影響著產(chǎn)物的物相組成:具有高表面能的小顆粒晶種利于得到純相的DD3R晶體。此外，采用商業(yè)化的超細(xì)二氧化硅作為“晶種”時(shí)，也可以獲得純相的DD3R產(chǎn)物。通過(guò)對(duì)晶種、礦化劑、水、堿等原料配比的調(diào)變，可以獲得不同尺寸及形貌的DD3R沸石分子篩，實(shí)現(xiàn)了對(duì)DD3R分子篩合成的可調(diào)控性。
　　獲取氣體吸附平衡數(shù)據(jù)，理解吸附質(zhì)氣體在DD3R中的吸附行為對(duì)其工業(yè)化應(yīng)用具有

4、重要的意義。本文采用體積法，壓力范圍從0.01 kPa到120kPa、溫度從273 K到348 K時(shí)，測(cè)定了CH4、CO2、C2H4、C2H6及C3H6五種氣體在DD3R上的吸附等溫線。并結(jié)合雙位Langmuir(Dual-site Langmuir, DSL)吸附模型，很好地描述了吸附質(zhì)氣體分子在DD3R上的吸附行為。詳細(xì)探討了體系的吸附焓、吸附熵等吸附熱力學(xué)數(shù)據(jù)，表明對(duì)于吸附孔穴較小的DD3R分子篩，吸附質(zhì)分子的大小、相互之間的作用

5、力等顯著地影響著氣體在DD3R中的吸附行為，闡述了分子在DD3R上的孔填充(pore filling)過(guò)程。
　　基于吸附分離技術(shù)的不同機(jī)理，采用熱重吸附法及零長(zhǎng)柱(Zero-Length Column，ZLC)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)掘了DD3R沸石分子篩對(duì)混合氣體分離應(yīng)用潛能。并結(jié)合穿透柱技術(shù)直觀地表征了實(shí)驗(yàn)室所合成的DD3R樣品的分離性能。穿透實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DD3R分子篩對(duì)C3H6/C3H8混合體系及CO2/CH4混合體系均表現(xiàn)出良好的分