MFI分子筛制备及低温等离子体脱除模板剂研究

发布时间：2020-05-13 05:34

【摘要】：纯硅MFI分子筛具有良好的水热稳定性、机械稳定性,规则的孔结构、高比表面积、独特的择形选择性等特点,将其制备成膜可以在分子级别上实现多种物质的分离,广泛应用于膜分离领域。在合成分子筛和分子筛膜的过程中,合成液中的有机模板剂起到结构导向作用。合成后要将分子筛晶体内的孔道打开必须脱除模板剂。而模板剂的脱除过程往往对分子筛晶体骨架结构和分子筛膜的完备性产生影响,研究条件温和,高效便捷的模板剂脱除方法具有重大意义。本文使用四丙基氢氧化铵(TPAOH)为模板剂,制备了小颗粒的silicalite-1和Fe-silicalite-1两种MFI分子筛,并将其作为晶种,分别合成了致密完备的silicalite-1和Fe-silicalite-1分子筛膜,重点研究了等离子体在上述分子筛晶粒和分子筛膜中模板剂脱除方面的应用。首先,使用等离子体直接脱除分子筛颗粒的模板剂很困难,高能粒子的撞击作用与氧化自由基的作用不明显。将分子筛先在较低温度(300°C)下进行部分焙烧或在低温加氢条件进行脱除,再用等离子体进行处理,可以有效清除残留的含碳有机物,而对晶体的结晶度几乎没有影响。其次,将这种两步脱除方法应用于分子筛膜中模板剂的脱除过程时,由于晶体厚度增加,扩散路径变长,需要升高焙烧温度至350°C才能够使晶体中的模板剂发生分解,用等离子体进行进一步的脱除。等离子处理对分子筛膜表面的水接触角没有明显影响,分子筛膜依然保持了较高的疏水性。最后,将两步法处理后的分子筛膜应用于渗透汽化分离乙醇/水混合物,结果表明获得分子筛膜具有较好的完备性和分离性能。
【图文】：

分子筛,晶体结构,分子筛膜

图 1-1 MFI分子筛晶体结构图Figure 1-1 Structure diagram of MFI zeolite crystal沸石分子筛种类复杂繁多，目前作为膜材料研究的主要有 MFI 型、LTAU 型、CHA 型、MOR 型和 FER 型分子筛。其中，MFI 型分子筛膜合成简最为广泛，被认为是最具有开发潜力的分子筛膜之一。MFI 型分子筛中构可见1-1图[2]，平行于a-轴方向的十元环呈正弦型，孔径为0.51 nm×0于 b-轴方向的十元环呈直线型，孔径为 0.54 nm×0.56 nm。由于这种独孔道结构，分子在不同取向 MFI 型分子筛膜中的传质过程是不同，对向的 MFI 分子筛膜，分子将通过正弦型孔道扩散出膜层；当以 b-轴垂表面时，分子在分子筛膜内的扩散将沿着直形孔道进行；而对于 c-轴取I 型分子筛膜，扩散是在两种孔道体系中反复地交替进行。其中分子在取向的分子筛膜时，相较于其他两种路径扩散距离最短，传质阻力最Silicalite-1 分子筛是具有 MFI 型分子筛拓扑结构的一种纯硅分子筛，8 年首次合成以来，silicalite-1 分子筛及其膜的研究就备受关注。由于骨

示意图,二次生长法,凝胶,示意图

图 1-2 无凝胶二次生长法示意图Figure 1-2 Schematic description of the gel-free secondary growth汽相转化法相法制备 silicalite-1分子筛膜是首先在载体表面形成一层由分的凝胶层，再将它放人盛有有机模板剂溶液或水的密闭容器使其汽化，凝胶层在一定温度和自生压力下晶化成膜发生晶。此法能减少有机胺的消耗，但是由于蒸汽进入凝胶层内部裂缝，而且难以使得凝胶层完全晶化，，因此很难制备出缺陷少波加热法加热法是近些年兴起的一种分子筛膜合成方法，与传统的水热热方式不同，并无本质的区别。微波加热可以有效提高反应体速达到晶化温度从而抑制不必要的成核过程，因此这种方法晶
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ051.893;TQ424.25

【参考文献】