地質(zhì)聚合物原位合成自支撐八面沸石膜及其在滲透汽化中的應(yīng)用.pdf

1、地質(zhì)聚合物(Geopolymer)是在特定條件下，以天然礦物或廢渣、堿激發(fā)劑為原料制備的一種與水泥、陶瓷等無機(jī)材料性能相近的新材料。地質(zhì)聚合物由于其特殊的硅氧四面體和鋁氧四面體三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有抗壓強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、耐高溫、耐水熱等優(yōu)點(diǎn);而且地聚物材料的生產(chǎn)過程簡單、節(jié)能減排;原料來源豐富、價格低廉，因此在建筑工程、交通運(yùn)輸、包裝、核廢料處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來對地聚物材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用研究引起了國內(nèi)外學(xué)者極大的興趣。

2、r>　　 沸石膜作為無機(jī)膜材料的一種，因其良好的耐高溫性能、耐腐蝕性能，成為無機(jī)膜材料發(fā)展的重要方向之一。本論文以偏高嶺土和水玻璃為原料首先制備了Na2O-3SiO2-Al2O3地質(zhì)聚合物材料，再通過水熱合成法制備了自支撐八面沸石膜。實(shí)驗(yàn)中利用SEM、XRD、萬能壓力試驗(yàn)機(jī)、BET等測試手段，對地質(zhì)聚合物及其原位水熱后的自支撐八面沸石膜的微觀形貌、抗壓強(qiáng)度、相組成、孔徑分布等進(jìn)行了研究;通過該沸石膜滲透汽化脫水過程的滲透通量、分離因子

3、等指標(biāo)對沸石膜的滲透汽化性能進(jìn)行了表征;并通過平衡溶解實(shí)驗(yàn)探索了溶解擴(kuò)散模型在滲透汽化過程中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)主要結(jié)論如下:
　　 (1)本論文首先以偏高嶺土和水玻璃為原料制備出Na2O-3 SiO2-Al2O3地質(zhì)聚合物，然后采用水熱合成法將地質(zhì)聚合物原位轉(zhuǎn)化為自支撐八面沸石膜。合成出的沸石膜表面晶粒細(xì)小，沸石晶粒大小在500-600 nm，膜覆蓋完全且連續(xù)致密。確定了合成地聚物及八面沸石膜的最佳條件:地聚物的養(yǎng)護(hù)溫度為50℃，養(yǎng)護(hù)

4、時間為24 h，八面沸石膜的水熱溫度為80℃，水熱時間為15h。并將該膜材料應(yīng)用于醇水體系的滲透汽化過程中，進(jìn)一步確定其在醇水體系中的最佳操作參數(shù):進(jìn)料溫度為50℃，乙醇進(jìn)料組成（wt％）為70％。
　　 (2)本論文通過XRD、SEM、萬能壓力試驗(yàn)機(jī)等分析手段考察了合成過程中養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)時間、水熱溫度、水熱時間對膜材料的抗壓強(qiáng)度，微觀形貌、相組成的影響;通過XRD、SEM、BET等分析了地質(zhì)聚合物轉(zhuǎn)化為八面沸石膜的機(jī)理;通過

5、滲透汽化實(shí)驗(yàn)，考察了進(jìn)料溫度、進(jìn)料組成對沸石膜的滲透通量以及分離因子的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提高地聚物的養(yǎng)護(hù)溫度和養(yǎng)護(hù)時間有利于表面致密度與抗壓強(qiáng)度的提高;延長水熱時間有利于膜材料表面形貌的形成，提高養(yǎng)護(hù)溫度有利于膜材料相組成的提高;介孔對八面沸石的形成起到了決定性的作用;在進(jìn)料溫度為50℃，乙醇的進(jìn)料組成為70％的條件下，膜材料具有高的滲透通量和分離因子，其滲透通量和分離因子可達(dá)到1.41 kg·h-1·m-2和16.8。