二次生長法制備SAPO-34沸石膜及其CH4-CO2分離性能的研究.pdf

1、天然氣中含有6％-12%的二氧化碳，二氧化碳不僅影響天然氣的熱值，同時也會對天然氣的運輸管道與存儲設(shè)備造成腐蝕，天然氣的主要成分是甲烷，所以CH4/CO2的分離是天然氣運輸之前必不可少的操作單元。目前CH4/CO2的分離方法主要有吸收法，變壓吸附法，生冷分離法，膜分離法等，膜分離法其他分離工藝相比，具有操作簡單，能耗低，效率高，容易工業(yè)放大等優(yōu)勢。沸石膜憑借著良好的機械穩(wěn)定性、耐腐蝕性和較高的熱穩(wěn)定性，在氣體分離方面受到很大的關(guān)注。SA

2、PO-34(0.38 nm)是微孔分子篩的代表之一，其孔徑與CH4(0.38nm)分子動力學(xué)直徑相近，而又大于CO2(0.33nm)分子動力學(xué)直徑，同時，CO2在SAPO-34表面及孔道的吸附能力大于CH4，所以在分子篩分和競爭吸附的協(xié)同作用下，SAPO-34分子篩膜對CH4/CO2的分離具有很大的研究價值與應(yīng)用前景。
　　本論文以α-A12O3為載體，采用二次生長法制備了連續(xù)致密的SAPO-34分子篩膜。通過XRD，SEM，N2

3、的單組份滲透等手段對晶種，晶種層，SAPO-34沸石膜進行表征分析，并對SAPO-34沸石膜進行了CH4/CO2混合體系分離性能的研究，具體研究內(nèi)容如下：
　　1、與載體孔徑相匹配的SAPO-34分子篩晶種的制備。采用原位水熱合成法，通過改變晶化溫度與晶化時間來調(diào)變SAPO-34分子篩晶種的粒徑。當(dāng)合成液摩爾比為：1.0 Al2O3:2.0P2O5:0.6 S iO2:4.0 TEAOH:150 H2O，陳化時間為24h，晶化溫度

4、為200?C，晶化時間為8h或15h時，可以制得粒徑均一，粒徑大小為600-700nm的SAPO-34分子篩晶種。
　　2、考察了陳化時間，晶化時間等二次合成條件對沸石膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究結(jié)果表明：二次合成液摩爾比為1.0 Al2O3:1.0 P2O5:0.6 SiO2:1.0 TEAOH:1.6DPA:150 H2O，陳化時間為3天，晶化時間為15h，晶化溫度220?C,可以制備出連續(xù)致密的SAPO-34分子篩膜。
　

5、　3、晶種層的質(zhì)量對沸石膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。考察了載體表面性質(zhì)，涂晶方式，晶種液濃度對S AP O-34分子篩膜結(jié)構(gòu)與性能的影響。研究結(jié)果表明：載體經(jīng)陽離子聚合物(PDDA)處理，晶種分散介質(zhì)為去離子水，晶種液濃度為1%，通過浸漬旋涂法可以制備出高質(zhì)量的晶種層，進而可以制備出更加連續(xù)致密平整的SAPO-34分子篩膜。在溫度為22?C，膜兩側(cè)壓差為0.2MPa下，CO2/CH4的分離選擇性可以達到12.76，CO2的滲透速4.64×10-