T型沸石膜的制备及其稳定性研究

发布时间：2020-09-25 15:18

　　渗透蒸发技术是一种高效节能的高新技术,广泛应用于有机物脱水过程。沸石分子筛膜由于其优良的化学稳定性、机械强度大、耐腐蚀性等诸多优点成为渗透蒸发膜技术首选的膜材料。工业上有机物脱水过程往往发生在酸性条件下,具有高亲水性的NaA沸石膜在酸性条件下极不稳定,容易发生脱铝而失去分离性能,而T型沸石膜亲水性略低于NaA沸石膜,但耐酸性好,因此,T型沸石膜的研究得到广泛关注,为此探索出高性能T型沸石膜成为研究热点。本实验旨在合成出高性能的T型沸石膜,并探究其水热稳定性及耐酸稳定性。主要研究成果如下:1.采用自行合成的不同尺寸的T型沸石分子筛作为晶种,修饰载体表面缺陷,诱导晶体成膜,在大孔α-Al_2O_3载体管上制备出高质量的晶种层,研究了无氟条件下Si/Al摩尔比对T型沸石膜分离性能的影响。在n(SiO_2)/n(Al_2O_3)=20:1时,75~°C下分离90wt.%IPA/H_2O的渗透通量达2.78 kg·m~(-2)·h~(-1),分离因子大于1000。2.在清液体系中,通过添加氟盐,制备高性能T型沸石膜,并考察氟盐类型、氟盐含量对T型沸石膜的影响。结果表明,在n(3NaF:1KF)/n SiO_2=0.25条件下合成的T型沸石膜具有良好的渗透蒸发性能,在75~°C下,分离90wt.%IPA/H_2O和90wt.%EtOH/H_2O体系,渗透通量分别为4.06 kg·m~(-2)·h~(-1)和2.30 kg·m~(-2)·h~(-1),分离因子分别为10591和3539,而且该条件下合成的T型沸石膜具有良好的重复性。3.探究了T型沸石膜的生长规律。晶化时间为1h时,晶种整齐的排列在载体表面,无明显生长现象;晶化时间为2h时,晶体开始出现外延生长及晶体间相互消溶现象;晶化时间延长至3h,晶体快速生长成棒状结构,晶体外延生长占主导作用;延长晶化时间至4h,晶体生长成均一致密的膜层,含氟条件下晶体生长速率较无氟条件下更快。4.对比了含氟条件下,Si/Al摩尔比对T型沸石膜分离性能的影响。可以看出,含氟条件下合成的T型沸石膜具有更高的分离性能,在75~°C下分离90wt.%IPA/H_2O,渗透通量均达3.50 kg·m~(-2)·h~(-1)以上,分离因子大于2000。5.基于以上探索合成出的高性能T型沸石膜,对其分别进行分离90wt.%IPA/H_2O和90wt.%EtOH/H_2O的水热稳定性研究,并在pH=3的酸性环境下研究其耐酸稳定性。研究结果表明,n(3NaF:1KF)/n SiO_2=0.25条件下合成的T型沸石膜在长时间渗透蒸发测试过程中表现出良好的水热稳定性及耐酸稳定性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ051.893
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 无机膜概述
        1.1.1 无机膜的分类与特性
        1.1.2 无机膜的制备方法
        1.1.3 无机膜的应用
    1.2 沸石分子筛膜概述
        1.2.1 沸石分子筛膜的类型
        1.2.2 沸石分子筛膜的制备方法
        1.2.3 沸石分子筛膜的应用
    1.3 T型沸石分子筛膜概述
        1.3.1 T型沸石分子筛简介
        1.3.2 T型沸石分子筛膜研究进展
    1.4 渗透蒸发技术
        1.4.1 渗透蒸发技术简介
        1.4.2 渗透蒸发技术工作原理
    1.5 本论文的研究思路及内容
        1.5.1 T型沸石膜目前面临的挑战
        1.5.2 论文的研究思路及内容
2 无氟体系下T型沸石膜的制备
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验药品及所用到的仪器
        2.2.2 T型沸石分子筛的制备
        2.2.3 T型沸石膜的制备
        2.2.4 T型沸石分子筛及T型沸石膜的表征
    2.3 实验结果与讨论
        2.3.1 T型沸石膜晶种层的制备
        2.3.2 晶化时间对T型沸石膜生长情况的影响
        2.3.3 不同Si/Al摩尔比对T型沸石膜的影响
        2.3.4 T型沸石膜异丙醇脱水渗透蒸发性能
    2.4 本章小结
3 含氟体系下T型沸石膜的制备及渗透蒸发性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验药品及所用到的仪器
        3.2.2 T型沸石膜的制备
        3.2.3 T型沸石膜的表征
    3.3 实验结果与讨论
4F/nSiO₂对T型沸石膜的影响'>        3.3.1 nNH₄F/nSiO₂对T型沸石膜的影响
2对T型沸石膜的影响'>        3.3.2 nKF/nSiO₂对T型沸石膜的影响
2对T型沸石膜的影响'>        3.3.3 nNaF/nSiO₂对T型沸石膜的影响
2对T型沸石膜的影响'>        3.3.4 n（3NaF:1KF）/nSiO₂对T型沸石膜的影响
        3.3.5 T型沸石膜的渗透蒸发性能比较
        3.3.6 晶化时间对T型沸石膜生长情况的影响
        3.3.7 不同Si/Al摩尔比对T型沸石膜的影响
        3.3.8 T型沸石膜的重复性考察
    3.4 本章小结
4 T型沸石膜的水热稳定性和耐酸稳定性研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验药品及所用到的仪器
        4.2.2 T型沸石膜的制备
        4.2.3 T型沸石膜的渗透蒸发测试
        4.2.4 T型沸石膜的水热稳定性和耐酸性测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 T型沸石膜分离90wt.%异丙醇/水体系的水热稳定性研究
        4.3.2 T型沸石膜分离90wt.%乙醇/水体系的水热稳定性研究
        4.3.3 T型沸石膜耐酸稳定性研究
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

【参考文献】