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中空纤维内壁A型分子筛膜的合成

作　者: 赖露露
导　师: 王正宝
学　校: 浙江大学
专　业: 工业催化
关键词: A型分子筛膜内膜渗透汽化中间层通量
分类号: TQ051.893
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

分子筛膜由于其规则的孔道结构和吸附性能,能够应用于气体及液体混合物的分离,并且具有较强的机械强度、化学稳定性和热稳定性。目前合成A型分子筛膜几乎都是在片状或者管状载体的外壁,对于载体内壁A分子筛膜合成的研究较少。在载体内壁合成A型分子筛膜从工业角度更具有优越性,膜层可避免在操作过程的机械损伤,且为了提高渗透汽化过程的通量,多通道载体将被广泛采用,而该载体的膜层的制备只能在其内壁上。目前内壁制备A型分子筛膜的报道中,所用的都是内径为6毫米以上的管状载体。至今还没有在内径小于2毫米的载体内壁制备A型分子筛膜的报道。大管径载体使用的材料多,而且体积大,将造成膜材料和膜组件价格高。如能采用小管径载体,将可减少材料使用量,并能提高表面/体积比来减小膜组件的体积,进而降低其价格。本论文采用内径仅有～1mm的中空纤维为载体,研究其内壁成膜规律和分离性能,同时考察了有机物中间层对成膜和分离性能的影响。主要研究内容和结果如下：(1)中空纤维内壁成膜为了避免涂晶过程对合成分子筛内膜的影响,首先采用分子筛／有机高分子复合中空纤维进行内壁成膜,因为该载体表面具有均匀的晶种层,故可省略涂晶过程。研究了合成液碱度,晶化时间与合成方法对A型分子筛在复合中空纤维内壁成膜的影响。通过电子扫描显微镜(SEM)和膜层在渗透汽化(PV)真空系统中的压力来表征膜层的形貌与致密性,获得了最佳合成条件：合成液组成为7.5Na2O:2SiO2:Al2O3:600H2O,合成温度为100℃,晶化时间为4～5h,动态合成(30rpm)。,由此合成条件制备的膜层致密均一,其致密性可达PV表征的要求。运用上述合成条件对氧化铝中空纤维内壁成膜时浸涂法涂晶条件进行了研究,发现将合成液离心获得的清液添加到晶种水分散液中可改善晶种颗粒与载体表面的作用,进而得到分布均匀的晶种层。优化晶种涂敷后,同样考察了合成液碱度、晶化时间与合成方法对A型分子筛在氧化铝中空纤维内壁成膜的影响,得到最佳合成条件基本与复合中空纤维内壁成膜一致,只是晶化时间5h最佳。由此制备的膜层对90wt.%的乙醇／水溶液在75℃下的分离因子可达10000以上,通量高达6.9±0.3kg/m2h。(2)添加有机物中间层对A型分子筛膜的影响近年来,人们提出添加有机物中间层有利于制备致密的分子筛膜,原因是这些中间层能将分子筛晶体颗粒链接到载体表面,进而促进膜的生长。本文为了寻找更加优越的涂晶方法,在氧化铝中空纤维上考察了添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中间层对膜的制备及膜的渗透通量的影响。通过电子扫描显微镜(SEM)和对乙醇／水溶液进行渗透汽化来表征膜层的表面形貌和分离性能,研究发现添加PVP中间层可使载体表面的晶种分布更加均匀,不但避免晶体堆积,并且可以控制晶种量在一个合适的范围内。由此制备的膜层对75℃、90wt.%乙醇／水溶液的分离因子可超过10000。但PVP中间层的加入将导致膜的渗透通量降低,且当制备中间层所用的PVP溶液浓度越高,膜的渗透通量越低。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-13
第1章文献综述  13-32
  1.1 沸石分子筛  13-14
  1.2 沸石分子筛膜  14-21
    1.2.1 沸石分子筛膜的优点  15-16
    1.2.2 沸石分子筛膜的合成方法  16-18
    1.2.3 沸石分子筛膜的表征  18-21
  1.3 A型沸石分子筛膜  21-28
    1.3.1 A型沸石分子筛膜合成方法  21-22
    1.3.2 成膜过程的影响因素  22-24
    1.3.3 A型分子筛膜的形成机制  24-25
    1.3.4 A型分子筛膜的应用  25-28
  1.4 本课题研究背景和方案  28-32
    1.4.1 研究背景  28-30
    1.4.2 研究方案  30-32
第2章实验部分  32-39
  2.1 实验所用试剂及材料  32-33
  2.2 A型分子筛膜的制备  33-36
    2.2.1 载体的制备  33-34
    2.2.2 A型纳米晶种的制备  34
    2.2.3 晶种层的制备  34
    2.2.4 中间层的制备  34-35
    2.2.5 A型分子筛膜的制备  35-36
  2.3 A型分子筛膜的表征  36-39
    2.3.1 结构表征  36-37
    2.3.2 性能表征  37-39
第3章中空纤维内壁A型分子筛膜的合成研究  39-57
  3.1 复合中空纤维(CHF)内壁成膜条件的探讨  40-46
    3.1.1 合成液碱度的影响  40-42
    3.1.2 晶化时间的影响  42-44
    3.1.3 合成方法的影响  44-46
  3.2 氧化铝中空纤维(AHF)内壁成膜条件的探讨  46-55
    3.2.1 晶种液的影响  46-50
    3.2.2 合成液碱度的影响  50-51
    3.2.3 晶化时间的影响  51-53
    3.2.4 合成方法的影响  53-55
  3.3 小结  55-57
第4章添加有机物中间层对A型分子筛膜的影响  57-64
  4.1 添加中间层对成膜的影响  58-61
  4.2 添加中间层对膜的渗透通量的影响  61-63
  4.3 小结  63-64
第5章结论与展望  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-75
作者简介及攻读硕士学位期间发表的论文  75

中空纤维内壁A型分子筛膜的合成

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