取向MFI型分子篩膜的氣體分離與擇形催化性能研究.pdf

1、分離過程是工業(yè)中的重要單元操作，該過程中能量損失占總能耗的40％～60％。膜分離技術(shù)高效低耗，在現(xiàn)代工業(yè)中優(yōu)勢顯著。膜反應(yīng)器，能把催化反應(yīng)與分離結(jié)合起來，是一項兼?zhèn)湓O(shè)備簡單、能耗低、反應(yīng)高效且選擇性好等優(yōu)點的新興技術(shù)。MFI型分子篩膜孔徑分布均一、熱穩(wěn)定性良好、酸性可調(diào)，在分離和催化反應(yīng)方面極具應(yīng)用前景。其中，取向MFI型分子篩膜傳質(zhì)阻力最小，最有利于分離及催化應(yīng)用。二次生長法是常用的制備取向MFI型分子篩膜的方法，其關(guān)鍵是取向晶種層的

2、組裝。作為一種新興的單層分子篩組裝技術(shù)，Langmuir-Blodgett(LB)法在取向分子篩膜制備中擁有巨大潛力，一直是本課題組的研究重點。本研究將進(jìn)一步挖掘LB法在取向分子篩膜制備及應(yīng)用領(lǐng)域的潛質(zhì)，發(fā)展和推廣LB組裝技術(shù)，主要工作包括:
　　1.在以往的研究基礎(chǔ)上，利用LB法制備取向純硅MFI型分子篩膜，即silicalite-1膜，并進(jìn)一步就其膜層致密性、取向度對氣體分離性能的影響進(jìn)行系統(tǒng)性研究。研究結(jié)果證實，silica

3、lite-1分子篩膜對CO2/H2分離基于分子篩分模型，滲透通量H2＞CO2，H2/CO2理想分離因子高于努森擴散值，0.1MPa下實際分離因子達(dá)10.31，表明取向silicalite-1分子篩膜的氣體分離性能良好，創(chuàng)造性地將LB法制備取向MFI型分子篩膜的技術(shù)拓展至分離應(yīng)用領(lǐng)域。
　　2.將LB技術(shù)推廣至鈦原子取代MFI型膜，即取向TS-1分子篩膜的制備。研究結(jié)果證實，采用合成液預(yù)晶化法，170℃生長6h制得的TS-1分子篩膜

4、致密且高度取向，CPO(0k0)值高達(dá)0.884。與silicalite-1膜不同，其對CO2/H2的分離基于吸附分離模型，滲透通量CO2＞H2，CO2/H2的理想分離因子高于努森擴散值，0.1MPa下實際分離因子達(dá)2.29，表明TS-1分子篩膜且分離性能良好。研究內(nèi)容解決了TS-1分子篩膜難制備的問題，為制備高鈦、高取向度、高致密性TS-1分子篩膜提供了新技術(shù)，為實現(xiàn)TS-1膜反應(yīng)器擇形催化綠色工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。
　　3.進(jìn)一步將

5、LB技術(shù)推廣至鋁原子取代MFI型膜，即取向ZSM-5分子篩膜的制備。使用新型長鏈雙核季銨鹽為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，顯著提高了膜層取向度，生長48h得到致密且取向的ZSM-5膜，去除模板劑并修復(fù)缺陷，提高了膜的致密性及氣體分離性能。研究結(jié)果證實，硅鋁比對ZSM-5膜的氣體分離能影響顯著。硅鋁比降低，分子篩膜對CO2/H2的分離行為由分子篩分逐漸過渡為吸附分離，硅鋁比80為分子篩分與吸附分離轉(zhuǎn)換的臨界點，CO2、H2氣體滲透通量的增減呈周期性不斷反轉(zhuǎn)