NaX型中空分子篩膜的制備及其氣體滲透性能研究.pdf

1、分子篩膜是一種重要的無機膜，除了具有無機膜本身耐高溫、耐高壓和耐腐蝕等優(yōu)點外，還具有分子篩的很多優(yōu)點:分子篩的孔徑為分子水平，因此不同分子可以通過分子篩分得到有效分離;分子篩種類及結(jié)構(gòu)的多樣性決定了分子篩性質(zhì)的多樣性，所以實驗和工業(yè)生產(chǎn)中可以根據(jù)其分離要求去選擇合適的分子篩作為膜材料;可對分子篩的孔道及其孔道外表面進行修飾和改進，使分子篩孔徑和吸附性能具有可調(diào)變性。NaX型分子篩的孔徑約為0.74nm，具有三維孔道結(jié)構(gòu)。相比其他分子篩，

2、NaX型分子篩具有較大的孔尺寸，因此，NaX型分子篩膜在較大分子的混合物體系的分離、滲透汽化和膜反應(yīng)器等方面有很大的發(fā)展空間，逐漸成為膜領(lǐng)域最有發(fā)展前景的膜材料之一。
　　本論文首先在無導向劑條件下，采用直接晶化法考察了NaX型分子篩的制備條件，然后在此基礎(chǔ)上對分子篩膜合成方法進行了改進，采用Al2O3中空纖維陶瓷膜為基膜，優(yōu)化了其中的一些水熱合成因素，得出NaX型分子篩膜的合成配方，制備了性能優(yōu)良的NaX型分子篩膜。將合成的Na

3、X型分子篩膜用于N2/CO2混合氣體的分離，得到了較好的N2/CO2分離效果。主要的實驗結(jié)論如下:
　　(1)分別考察了陳化時間、晶化時間、晶化溫度、堿度和體系的水含量等因素對所制得分子篩結(jié)構(gòu)和形貌的影響。實驗結(jié)果表明:陳化時間的延長有利于生成更多的晶核，但陳化時間過長會導致NaP型分子篩的出現(xiàn);晶化時間的延長和溫度的升高都有利于分子篩晶體的生成，但產(chǎn)物會出現(xiàn)轉(zhuǎn)晶現(xiàn)象，生成雜晶;Si/Al對分子篩合成的影響不顯著，Na/Si和水含

4、量對產(chǎn)物結(jié)晶度的影響較大。
　　(2)采用干濕法紡絲技術(shù)和燒結(jié)法相結(jié)合制備了Al2O3中空纖維陶瓷膜，在其外表面通過二次生長法水熱制備了致密連續(xù)的NaX型分子篩膜。討論了溶膠組成和水熱合成條件等因素對所制得分子篩膜的影響，并對膜的氣體滲透性能進行了考察。實驗結(jié)果表明:延長陳化時間，會加快晶體成長速率，但陳化時間過長會生成NaP型分子篩;晶化時間太短，支撐體表面沒有生長出完整性良好的膜層，過長的晶化時間可能會導致聚晶堆積現(xiàn)象，使得膜

5、層變厚并且膜表面不平整;晶化溫度影響分子篩晶體的生長成膜速率，一定溫度范圍內(nèi)，隨著晶化溫度的升高，分子篩膜的晶體生長速率變快;體系中Na/Si須保持適中，否則支撐體表面將沒有晶體形成或者形成的膜有缺陷;在本文實驗范圍內(nèi)，Si/Al對分子篩膜的合成影響不顯著;水含量過低時，形成的晶粒尺寸不均一，膜層較厚且表面粗糙。水含量過高時，分子篩結(jié)晶不完善，膜層表面仍有非晶相存在。在較優(yōu)的水熱合成條件下，NaX型分子篩均勻連續(xù)地生長在Al2O3中空纖