MFI型分子篩膜的制備方法及其透醇性能研究.pdf

1、由于具有規(guī)整的三維孔道結構和良好的熱穩(wěn)定性及水熱穩(wěn)定性，MFI型分子篩膜受到研究者的廣泛關注。MFI型分子篩膜的用途十分廣泛，它可以被用于膜催化反應器、傳感器等，也可以用于氣體或液體分離設備等，還可以用作防腐材料、絕緣材料等。目前制備的MFI型分子篩膜的分離因子一般在50左右，在走向工業(yè)化進程中仍有提升的空間;一般采用二次生長法制備MFI型分子篩膜層，為契合工業(yè)化發(fā)展需求，需要采用更加便捷環(huán)保的方法制備膜層。針對以上兩個關鍵問題，本論文

2、以廉價的大孔氧化鋁管為載體，在合成液中引入堿金屬離子，提高了膜層的分離性能，并對其作用進行了分析;同時采用堿誘導界面原位水熱合成法，環(huán)保高效地制備了較高性能的MFI型分子篩膜。
　　(1)鈉離子對MFI型分子篩膜分離性能的影響
　　在合成液中引入不同含量的Na+離子，制備了高質(zhì)量的MFI型分子篩膜。通過運用掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、元素分析(EDX)、紅外(IR)、熱重分析(TG)、水接觸角測試(CA)

3、、滲透汽化(PV)和氣體透過測試等方法，系統(tǒng)地討論了在MFI型分子篩膜的合成過程中，Na+離子對膜層的分離性能、生長和疏水性能等的影響。
　　研究發(fā)現(xiàn)，少量Na+離子(Na+/Si≤0.1)所合成的膜層更加致密、更加疏水，使膜層分離因子明顯提升;而過量的Na+離子(例如，Na+/Si=0.5)會抑制成核，導致凝膠顆粒的形成，因此降低膜層的分離性能。在60℃下分離5wt％乙醇溶液時，合成液中不加Na+離子時，膜層分離因子只有52;當

4、合成液中Na+/Si摩爾比為0.1時，膜層的分離因子提升到76。不同堿金屬離子對膜層的影響不同。K+離子在合成過程中起到的作用和Na+離子類似，加入少量K+離子也可以提升膜層分離性能;而少量Cs+離子在合成過程中的作用和大量Na+離子接近，會嚴重阻礙合成液的成核。對于堿土金屬離子而言，大多數(shù)會與堿性合成液形成沉淀，因而合成的膜層分離性能較差。
　　(2)堿誘導界面原位水熱合成MFI型分子篩膜
　　本論文提出了一種MFI型分子

5、篩膜原位水熱合成的新方法。運用堿誘導，即通過浸潤堿液、擦涂及干燥的方式，使載體中均勻分布堿，采用中性合成液（二氧化硅、四丙基溴化銨、水、堿金屬鹽），在載體表面原位水熱合成MFI型分子篩膜層。系統(tǒng)地討論了浸漬液堿濃度、涂堿條件、合成液組成和合成時間的影響，并提出了堿誘導界面原位水熱合成的機理。
　　載體表面的堿液可以提供成核位點，并促進晶體的成核與膜層的生長。當浸漬液堿濃度增加時，膜質(zhì)量越來越大，膜層越來越致密，分離性能逐漸提升，在

6、浸漬液堿濃度為1.5 mol·L-1時膜層分離因子達到66，通量為1.03 kg·m-2·h-1。但當浸潰液堿濃度繼續(xù)增加，膜質(zhì)量逐漸達到穩(wěn)定，分離性能也達到穩(wěn)定。鉀離子可以促進硅源解聚，加速晶體與膜層的生長，其他堿金屬離子如鈉離子也有類似的作用，但效果低于鉀離子。
　　在合成過程中，中性合成液首先和載體表面及近表面孔道處的堿液接觸，堿液提供成核位點，因此載體孔道處及表面迅速形成很多小晶體;之后，晶體逐漸生長，并不斷連生，形成較致