耐热沸石分子筛膜的制备、表征及性能

发布时间：2017-05-29 05:10

  本文关键词：耐热沸石分子筛膜的制备、表征及性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：沸石分子筛膜是一类重要的无机膜,它因独特的性能一直受到人们的关注。随着应用范围不断扩大,其耐热性不足,易产生裂纹的缺点也日益显得突出。由于裂纹的产生与支撑体有重要关系,尤其是与膜层相反的热膨胀系数,因此,在尽可能降低支撑体热膨胀系数的同时增加与膜层的化学相容性不失为一个好的解决办法。本论文以硅藻土为原料合成的廉价丝光沸石(MOR)粉末为原料,采用冷等静压-煅烧工艺制备含有MOR次级结构且低热膨胀系数的多孔支撑体,并将其用于非模板剂法合成MOR和ZSM-5分子筛膜,考察膜系统的耐热稳定性。借助N2渗透通量、孔隙率、孔径及孔径分布、抗压强度、热膨胀系数、拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段表征多孔支撑体的性能,并探索最优制备工艺条件；单组份气体渗透、双组份气体分离、XRD、SEM等用于表征MOR和ZSM-5膜的分离性能、生长机理、耐热稳定性等。主要研究结果有以下几点：(1)制备多孔支撑体的原料粒径及粒径分布、物料混合方式、坯体成型工艺、煅烧工艺等均对其性能产生重要影响；较低的烧成温度保留了MOR的次级结构以提高与膜层的化学相容性,同时降低了制备成本；所制备的多孔支撑体具有低热膨胀系数和足够的机械强度以保证将来可能的工业应用。(2)采用非模板剂水热原位晶化法在多孔支撑体上制备了MOR膜(i-MOR),最佳晶化条件是：170℃、12h、晶化液组成为1Na2O:2SiO2:285H2O;可以采用将合成液搅拌或者废液重复利用降低膜制备成本；支撑体上生长的MOR晶体与液相中成核、生长的MOR晶体共同组成膜层,将膜层和支撑体连成一个有机整体,增加了膜层和支撑体的结合力,使膜系统具有良好的完整性、耐热稳定性及耐热循环性能。(3)采用非模板剂晶种二次生长法制备MOR膜(s-MOR)。晶种的引入为膜层中MOR晶体的生长提供了更多的铝源、晶核,缩短了晶化时间,降低了膜层厚度,但不改变膜系统的结构。所制备的s-MOR膜也具有良好的完整性、耐热稳定性,并有较好的重现性和N2/SO2双组份气体分离性能。(4)采用非模板剂晶种二次生长法制备ZSM-5分子筛膜。利用正交试验得到晶化液组成；适中的晶化温度(180℃)和较长的晶化时间(28h)有利于ZSM-5膜的生长；与MOR膜类似的生长机理和膜系统结构使ZSM-5膜也具有较好的完整性、耐热稳定性。
【关键词】：多孔支撑体 热膨胀系数 非模板剂法 沸石分子筛膜 热稳定性
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ051.893
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 图目录13-17
• 表目录17-18
• 主要符号表18-19
• 1 沸石分子筛膜的耐热稳定性研究进展19-36
• 1.1 沸石分子筛膜及其耐热稳定性20-28
• 1.1.1 沸石分子筛膜简介20-21
• 1.1.2 沸石分子筛膜的合成及生长机理21-25
• 1.1.3 沸石分子筛膜的应用25-27
• 1.1.4 沸石分子筛膜的耐热稳定性27-28
• 1.2 制备工艺对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响28-29
• 1.2.1 有机模板对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响28-29
• 1.2.2 晶化条件对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响29
• 1.3 支撑体对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响29-34
• 1.3.1 支撑体的热膨胀系数对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响29-31
• 1.3.2 支撑体的化学性质对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响31-32
• 1.3.3 支撑体的孔径对沸石分子筛膜耐热稳定性的影响32
• 1.3.4 MOR分子筛膜用多孔支撑体32-34
• 1.4 选题意义及主要研究内容34-36
• 2 实验原料及仪器36-39
• 2.1 主要原料36-37
• 2.2 主要制备设备37-38
• 2.3 主要表征设备38-39
• 3 含有MOR次级结构的多孔支撑体的制备和表征39-69
• 3.1 实验部分40-45
• 3.1.1 MOR粉末原料的制备、粒径及化学成分分析40-41
• 3.1.2 多孔支撑体的制备41-42
• 3.1.3 多孔支撑体的表征42-45
• 3.2 结果与讨论45-68
• 3.2.1 加工助剂对支撑体性能的影响45-47
• 3.2.2 物料混合方式及混合时间对支撑体性能的影响47-49
• 3.2.3 坯体成型工艺对支撑体性能的影响49-50
• 3.2.4 煅烧工艺条件对支撑体性能的影响50-55
• 3.2.5 原料粒径及粒径分布对支撑体性能的影响55-60
• 3.2.6 多孔支撑体的Raman表征60-62
• 3.2.7 多孔支撑体的热膨胀系数62-64
• 3.2.8 多孔支撑体的抗压强度64-66
• 3.2.9 多孔支撑体的烧结机理66-68
• 3.3 本章小结68-69
• 4 MOR分子筛膜的水热原位生长法制备、表征及性能69-93
• 4.1 实验部分69-70
• 4.1.1 用于制备i-MOR膜的多孔支撑体69
• 4.1.2 i-MOR分子筛膜的制备69-70
• 4.1.3 i-MOR分子筛膜的表征70
• 4.2 结果与讨论70-91
• 4.2.1 晶化条件对i-MOR分子筛膜生长的影响70-80
• 4.2.2 支撑体煅烧工艺对i-MOR分子筛膜生长的影响80-82
• 4.2.3 降低oi-MOR分子筛膜制备成本的探索82-84
• 4.2.4 oi-MOR分子筛膜的水热原位生长机理84-87
• 4.2.5 oi-MOR分子筛膜的单组份气体渗透性能87-88
• 4.2.6 oi-MOR分子筛膜的重现性88-89
• 4.2.7 oi-MOR分子筛膜的耐热稳定性89-90
• 4.2.8 oi-MOR分子筛膜的耐热循环性能90-91
• 4.3 本章小结91-93
• 5 MOR分子筛膜的晶种二次生长法制备、表征及性能93-112
• 5.1 实验部分94-95
• 5.1.1 用于制备s-MOR膜的多孔支撑体94
• 5.1.2 s-MOR分子筛膜的制备94
• 5.1.3 s-MOR分子筛膜的表征94-95
• 5.2 结果与讨论95-110
• 5.2.1 晶化时间对s-MOR分子筛膜生长的影响95-96
• 5.2.2 支撑体对s-MOR膜生长的影响96-99
• 5.2.3 晶种对s-MOR分子筛膜生长的影响99-101
• 5.2.4 s-MOR分子筛膜的晶种二次生长机理101-105
• 5.2.5 s-MOR分子筛膜的耐热稳定性105
• 5.2.6 s-MOR分子筛膜的重现性105-106
• 5.2.7 s-MOR分子筛膜单组份气体渗透性能106-107
• 5.2.8 s-MOR分子筛膜的N_2/SO_2双组份气体分离性能107-110
• 5.3 本章小结110-112
• 6 ZSM-5分子筛膜的制备、表征及性能112-123
• 6.1 实验部分113-114
• 6.1.1 用于制备ZSM-5膜的多孔支撑体113
• 6.1.2 ZSM-5分子筛膜的制备113-114
• 6.1.3 ZSM-5分子筛膜的表征114
• 6.2 结果与讨论114-122
• 6.2.1 正交试验分析114-115
• 6.2.2 晶化温度对ZSM-5分子筛膜生长的影响115-116
• 6.2.3 晶化时间对ZSM-5分子筛膜生长的影响116-117
• 6.2.4 ZSM-5分子筛膜的生长机理117-120
• 6.2.5 ZSM-5分子筛膜的耐热稳定性120-121
• 6.2.6 ZSM-5分子筛膜的单组份气体渗透性能121-122
• 6.3 本章小结122-123
• 7 结论与展望123-125
• 7.1 结论123
• 7.2 创新点123-124
• 7.3 展望124-125
• 参考文献125-139
• 攻读博士学位期间科研项目及科研成果139
• 作者简介139-140
• 致谢140

  本文关键词：耐热沸石分子筛膜的制备、表征及性能，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：404215