SOD类分子筛膜的制备及氢分离性能研究

发布时间：2020-04-18 09:29

【摘要】：膜分离技术是一种越来越重要的分离混合气体的方法。相比于其他方法,膜分离技术具有高效、节能、操作成本低、具有扩展性等特征。由于SOD(sodalite,羟基方纳石)分子筛的孔径为0.28 nm,SOD分子筛的组成中Si/Al比为1,具有较高的框架密度,并且具有良好的结构稳定性,支撑体SOD膜比无支撑体SOD膜具有更好的热稳定性,分子筛普遍具有耐酸耐碱性。SOD分子筛膜在小气体分子的分离方面具有良好的研究前景。本论文主要研究了利用不同方法对合成SOD分子筛膜的形貌以及覆盖度的影响,成功合成出了致密的SOD分子筛膜,并对H2/He,H2/N2的分离性能进行了研究。分别采用两次原位生长法,浸涂晶种法和加热预晶化的方法在α-A12O3载体上生长SOD分子筛膜。对这三种方法合成的膜进行了 XRD,SEM表征,两次原位生长法在载体上生长了 一层厚度约为20μm的膜,采用浸涂法在载体上先预涂一层SOD晶种,然后生长膜,当担载次数为2次时,不仅在载体表面形成了足够多的成核中心,而且将载体表面存在的缺陷用晶种堵住,避免对后续生长造成影响。利用加热预晶化的方法在α-Al2O3基底上生长了一层较薄的SOD分子筛膜,预晶化1.5 h时,在载体上生长了一层致密的膜,膜的厚度为8 μm左右,并且膜的厚度均匀一致。对两次水热法制备出的SOD分子筛膜进行了气体的渗透性能测试。表征两次水热法合成的SOD分子筛膜在不同温度下单组份气体H2,He,N2的渗透率随压强变化情况。总的来说三种气体的渗透率均随温度的增大而增大,但H2渗透率的变化率比He和N2大得多,在渗透压差为40kPa,温度为150℃时,H2/He的理想分离因子为3.178,超过H2/He的努森扩散值(1.414),H2/N2的理想分离因子为5.460,说明制得的膜对于H2/He、H2/N2具有一定的分离效果。
【图文】：

这些参数决定了吸附分子与沸石分子筛膜表面之＿问的吸附强度。例如，从表１．１逡逑可以看出在化合物中，ｇｐＪｆＣＯａ在沸石分子筛膜上＆是最强的吸附物质，因为他们具逡逑有强的偶极矩和四极矩／图１．２给出了邋Ｃ0２，（：迅和Ｎ２在高硅Ｓ＆２－１３沸石分子筛膜上逡逑的环境温度吸附等温线。逦＇逡逑表１．１邋－些气体分子的性^鉘[逡逑分子逦平均自由程－１邋极化率逦极矩逦四极矩逡逑（Ａ）邋＊逦‘邋（Ａ３，逦－：逦（？）：逦（ＤＡ）逡逑逦，逦－邋－邋，．邋一逦＇逦逡逑Ｈ２０逦２邋６５逦１．４５０逦１．８７０逦２．３０逡逑Ｈ２逦２．８９逦０．８０逦０．０００逦０．６６逡逑Ｈｅ逦２．８０逦０．２２７逦０．０００逦－逡逑Ｃ０２逦３．３０逦２．６５０逦０．０００逦４．３０逡逑0２逦３．４７逦１．６００逦０．０００逦０．３９逡逑Ｎ２逦３．６４逦１．７６０逦０．０００逦１．５２逡逑ＣＯ逦±６９ｉ逦：逦１．９５逦０．１１２逦２．５０逡逑ＣＨ４逦３．７６逦２．６００逦０．０００逦０．０２逡逑Ｃ２Ｈ４逦４．邋１６逦４．２６０逦＾逦０．０００逦１．５０逡逑Ｃ２Ｈ６逦４．４４逦＾逦４．４７０逦０．邋０００逦０．６５逡逑．邋ｒ＝逦．．．．逡逑ｎ－逦４．６９逦８．２０逦０．邋０５０逦－逡逑Ｃ４Ｈ１０逡逑ｉ－ＣＵＨｉｏ逦５．２８逦８．２９逦０．１３２逦－逡逑ＳＦｅ逦５．５０逦６．５４逦０．０００逦０．００逡逑￣＃数据是根据气体在不同温度下的实验二维里系数

分子筛膜的渗透率的影响与压强无关，但是温度对这一过程有影响，激活过程随着温度逡逑的增加而增加。另一个重要的影响因素是，当分子动力学直径显著大于沸石的孔径时，逡逑气体不能通过吸附和扩散进行渗透。图１．４表示了不同动力学直径的气体分子在ＳＳＺ－１３逡逑膜上的气体渗透率随温度变化的情况。与预期结果一致，吸附力强的ｃ0２分子通过高硅逡逑ＳＳＺ－１３膜的的渗透率受到温度影响很大。ＳＦ６的动力学直径远大于ＳＳＺ－１３的孔径，ＣＨ４逡逑的动力学直径小于ＳＳＺ－１３的孔径。结果显示８？６在ＳＳＺ－１３膜上的渗透率明显小于ＣＨ４，逡逑这是孔径因素造成的逡逑２９３Ｋ逡逑渗邋１０：逦３７３邋ｋ逡逑＼＼邋：逦４７３Ｋ逡逑率逡逑！：：邋Ｓｖ逡逑＾逦ＳＳ２－１３逦（ＣＨＡ）；逡逑Ｓ逦ｐ邋，

本文编号：2631948