地質聚合物原位合成自支撐八面沸石膜及其在滲透汽化中的應用.pdf

1、地質聚合物(Geopolymer)是在特定條件下，以天然礦物或廢渣、堿激發(fā)劑為原料制備的一種與水泥、陶瓷等無機材料性能相近的新材料。地質聚合物由于其特殊的硅氧四面體和鋁氧四面體三維網絡結構，具有抗壓強度高、耐腐蝕性好、耐高溫、耐水熱等優(yōu)點;而且地聚物材料的生產過程簡單、節(jié)能減排;原料來源豐富、價格低廉，因此在建筑工程、交通運輸、包裝、核廢料處理等領域得到了廣泛的應用。近年來對地聚物材料在不同領域的應用研究引起了國內外學者極大的興趣。

2、r>　　 沸石膜作為無機膜材料的一種，因其良好的耐高溫性能、耐腐蝕性能，成為無機膜材料發(fā)展的重要方向之一。本論文以偏高嶺土和水玻璃為原料首先制備了Na2O-3SiO2-Al2O3地質聚合物材料，再通過水熱合成法制備了自支撐八面沸石膜。實驗中利用SEM、XRD、萬能壓力試驗機、BET等測試手段，對地質聚合物及其原位水熱后的自支撐八面沸石膜的微觀形貌、抗壓強度、相組成、孔徑分布等進行了研究;通過該沸石膜滲透汽化脫水過程的滲透通量、分離因子

3、等指標對沸石膜的滲透汽化性能進行了表征;并通過平衡溶解實驗探索了溶解擴散模型在滲透汽化過程中的應用。實驗主要結論如下:
　　 (1)本論文首先以偏高嶺土和水玻璃為原料制備出Na2O-3 SiO2-Al2O3地質聚合物，然后采用水熱合成法將地質聚合物原位轉化為自支撐八面沸石膜。合成出的沸石膜表面晶粒細小，沸石晶粒大小在500-600 nm，膜覆蓋完全且連續(xù)致密。確定了合成地聚物及八面沸石膜的最佳條件:地聚物的養(yǎng)護溫度為50℃，養(yǎng)護

4、時間為24 h，八面沸石膜的水熱溫度為80℃，水熱時間為15h。并將該膜材料應用于醇水體系的滲透汽化過程中，進一步確定其在醇水體系中的最佳操作參數:進料溫度為50℃，乙醇進料組成（wt％）為70％。
　　 (2)本論文通過XRD、SEM、萬能壓力試驗機等分析手段考察了合成過程中養(yǎng)護溫度、養(yǎng)護時間、水熱溫度、水熱時間對膜材料的抗壓強度，微觀形貌、相組成的影響;通過XRD、SEM、BET等分析了地質聚合物轉化為八面沸石膜的機理;通過

5、滲透汽化實驗，考察了進料溫度、進料組成對沸石膜的滲透通量以及分離因子的影響。實驗結果表明:提高地聚物的養(yǎng)護溫度和養(yǎng)護時間有利于表面致密度與抗壓強度的提高;延長水熱時間有利于膜材料表面形貌的形成，提高養(yǎng)護溫度有利于膜材料相組成的提高;介孔對八面沸石的形成起到了決定性的作用;在進料溫度為50℃，乙醇的進料組成為70％的條件下，膜材料具有高的滲透通量和分離因子，其滲透通量和分離因子可達到1.41 kg·h-1·m-2和16.8。