NaA、FAU和ZSM-5沸石膜的制備及其應(yīng)用.pdf

1、微孔沸石是指有效孔徑在2nm以下的一種分子篩，到目前為此已經(jīng)發(fā)現(xiàn)或人工合成出100多種，而目前最常用的有LTA、FAU、MFI等類型分子篩。微孔沸石膜具有與分子尺寸相近的孔道體系，耐高溫、耐腐蝕以及優(yōu)異的分離性能，可在分子級別上進(jìn)行物質(zhì)分離，實現(xiàn)催化分離一體化優(yōu)點，因而在膜分離、滲透蒸發(fā)及膜反應(yīng)器等方面具有巨大的應(yīng)用前景，近十多年來，沸石膜的研究取得了較大的發(fā)展。因此，進(jìn)行微孔沸石膜的制備和應(yīng)用研究具有重要的意義。 本文主要進(jìn)行

2、了以下幾方面的研究：利用動態(tài)法在載體內(nèi)表面合成NaA沸石膜及其應(yīng)用在乙醇脫水應(yīng)用中；NaY沸石膜的制備及其在苯/環(huán)己烷和二氯乙烷/氮氣混合系統(tǒng)的分離規(guī)律；NaX沸石膜的制備及其在苯/氮氣混合系統(tǒng)的分離規(guī)律；ZSM-5沸石膜的制備及膜反應(yīng)器在乙苯脫氫制苯乙烯過程的應(yīng)用。 采用動態(tài)水熱合成在α-Al2O3陶瓷管載體內(nèi)表面形成一層致密的NaA膜，膜管的H2滲透率為7.66×10-7mol/(m2·s·Pa)，H2/C3H8的理想分離因

3、數(shù)為4.85。并將動態(tài)合成的NaA膜應(yīng)用在水/乙醇混合物體系中，取得了良好的分離效果。當(dāng)進(jìn)料乙醇含量為90wt.％，滲透溫度為70℃時，乙醇/水的分離因數(shù)為9500，表明用動態(tài)法在陶瓷管內(nèi)表面制備高性能的NaA沸石膜是可行的。 采用熱浸漬法引入晶種，通過二次生長在α-Al2O3陶瓷管的外表面上合成了NaY型沸石膜。將制備出的NaY沸石膜應(yīng)用于滲透汽化分離苯和環(huán)己烷的實驗中，并考察了操作溫度、進(jìn)料流速、膜后真空度、進(jìn)料液濃度等因素

4、對分離效果的影響。實驗結(jié)果表明，NaY型沸石膜對苯具有良好的選擇性，對于苯的質(zhì)量含量為50％的苯/環(huán)已烷混合體系，操作溫度為70℃時，分離因子可達(dá)13.6，滲透通量為0.173kg·m-2·h-1。 基于NaY沸石膜對二氯乙烷較強(qiáng)的吸附能力，在膜孔內(nèi)易產(chǎn)生毛細(xì)凝聚，將其用于二氯乙烷和氮氣混合氣體的分離，取得了較好的分離效果。結(jié)果表明分離因數(shù)隨膜兩側(cè)的壓差變化是先增加，達(dá)到一定值后，隨壓差的增加而下降；分離因數(shù)隨溫度的提高而下降，

5、當(dāng)膜兩側(cè)壓差為50kPa時，分離因數(shù)達(dá)到最高值17.7；不同陽離子交換后，沸石膜對混合系統(tǒng)的分離也呈現(xiàn)了不同的結(jié)果，其中吸附能力較強(qiáng)的CaY沸石膜對混合系統(tǒng)的分離效果最好，二氯乙烷/氮氣分離因數(shù)最高時接近30。5種沸石膜對二氯乙烷和氮氣的分離因素大小順序為：CaY>NaY≈BaY>KY≈LiY。 按一定配方在α-Al2O3陶瓷管載體外表面合成的NaX沸石膜，其H2滲透通量為2.15×10-6mol/(m2·s·Pa)，H2/C3

6、H8的理想選擇因數(shù)為6.19；通過實驗發(fā)現(xiàn)，由于苯的分子結(jié)構(gòu)中存在π鍵，與Ag+產(chǎn)生絡(luò)合吸附，增加了苯吸附擴(kuò)散透過膜的能力，使Ag+改性后的X型沸石膜可以更好的用于苯和氮氣混合氣的分離。NaX沸石膜經(jīng)過離子改性后，膜的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化，滲透數(shù)據(jù)表明比未改性前分離因數(shù)增大。NaX沸石膜對苯和氮氣混合系統(tǒng)的分離因數(shù)隨膜兩側(cè)的壓差、原料氣濃度和原料氣流速的變化而變化，當(dāng)離子交換度達(dá)到最大值時，分離因數(shù)也達(dá)到最大值。在壓差為40kPa，進(jìn)氣

7、流速為180ml/min，濃度為12％時，改性完全的X型沸石膜達(dá)到最好分離效果，分離因數(shù)為30.1，實現(xiàn)了苯和氮氣混合氣的高效分離。 最后以一定的合成液配方合成連續(xù)的ZSM-5沸石膜，室溫下，制備的ZSM-5沸石膜的H2/C3H8的理想選擇因數(shù)為10.86；合成的沸石膜組裝成膜反應(yīng)器應(yīng)用于乙苯脫氫反應(yīng)體系，并考察了抽真空、液體空速、反應(yīng)溫度和吹掃氣速對反應(yīng)體系的影響。隨著膜管兩側(cè)壓差的增加，副產(chǎn)物苯幾乎不變，甲苯略有上升，二段乙