鈦、硼同晶取代透醇沸石膜的制備及滲透蒸發(fā)分離性能研究.pdf

1、Silicalite-1和Silicalite-2沸石膜具有～0.55nm孔徑以及高的熱、化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，骨架中不含鋁，疏水性強(qiáng)，是潛在的優(yōu)異透醇沸石膜材料，在生物質(zhì)發(fā)酵等生物化工領(lǐng)域中解決了傳統(tǒng)發(fā)酵的技術(shù)難題。雜原子同晶取代通過調(diào)控沸石骨架的孔道尺寸和物化性質(zhì)有效改善了沸石膜的分離性能。然而，高性能透醇沸石膜的制備目前限于小孔徑的載體，其高的成本和傳輸阻力阻礙了工業(yè)化應(yīng)用。本論文采用廉價(jià)大孔載體，嘗試對(duì)沸石膜進(jìn)行雜原子鈦和硼同晶取代

2、摻雜改性，以構(gòu)建高性能透醇沸石膜，主要內(nèi)容如下:
　　(1)基于Silicalite-2沸石的獨(dú)特直孔道結(jié)構(gòu)和探索大孔載體上高性能沸石膜制備的可能性，通過調(diào)節(jié)合成液的組成和晶化條件實(shí)現(xiàn)了晶體尺寸調(diào)控，制備了粒徑為0.3-1μm的Silicalite-2沸石晶種。采用兩步變溫?zé)峤n的涂晶方法，二次生長法制得了表面平整且無明顯缺陷的Silicalite-2沸石膜，該膜在60℃下對(duì)5wt.％乙醇/95wt.％水體系的通量為5.23kg·

3、m-2·h-1,乙醇/水的分離系數(shù)為6.65。另外，針對(duì)大孔載體上成核量較低的問題和為了簡化制膜工藝，提出了晶種輔助蒸汽轉(zhuǎn)化法制得了薄且致密的Silicalite-2沸石膜，在60℃下滲透蒸發(fā)分離5wt.％乙醇/95wt.％水體系時(shí)，其通量為2.58kg·m-2·h-1,乙醇/水的分離系數(shù)達(dá)12.8,高于二次生長法合成的Silicalite-2沸石膜的分離系數(shù)。
　　(2)為提高透醇沸石膜的疏水性和膜層的致密性，對(duì)Silicali

4、te-2沸石膜進(jìn)行雜原子同晶取代，以期改善沸石膜的分離性能。采用原位法和二次生長法分別制得了鈦同晶取代Silicalite-2(TS-2)沸石膜，在優(yōu)化的條件下，合成的膜在60℃下對(duì)5wt.％乙醇/95wt.％水體系的通量分別為1.05kg·m-2·h-1和3.96 kg·m-2·h-1,乙醇/水的分離系數(shù)分別為15.5和9.20。此外，探究了大孔載體上硼同晶取代的影響。結(jié)果表明硼同晶取代通過提高沸石的結(jié)晶度和減少硅羥基缺陷有效改善膜的

5、疏水性，提高了沸石膜的分離性能，但過量硼反而降低了膜的分離性能。當(dāng)合成液的B/Si摩爾比為0.06時(shí)，合成的膜在60℃下對(duì)5wt.％乙醇/95wt.％水體系的通量為1.51kg·m-2·h-1,乙醇/水的分離系數(shù)高達(dá)35.0。
　　(3)為了降低制膜成本和探究硼同晶取代對(duì)Silicalite-1沸石膜的影響，采用稀合成液在大孔載體上二次生長法制得了高性能硼同晶取代Silicalite-1(B-ZSM-5)沸石膜。當(dāng)合成液的B/Si