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《吉林大学》 2012年
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Silicalite-1分子筛膜的制备及气体分离性能研究

张聪  
【摘要】:沸石分子筛膜是一类由分子筛微晶组成的新型无机膜,兼具无机膜与分子筛的优点,使得沸石分子筛膜具有许多独特而优良的性质,在催化、吸附、离子交换、膜反应器、光电器件以及精细化工等工业领域有着广泛的应用,尤其在气体及液体分离方面展现了良好的应用前景。在过去的十几年中,人们对分子筛膜的合成与制备开展了大量的研究,已经制备出了多种分子筛膜,包括LTA, SOD,FAU,MEL,CHA,MFI,DDR,AFI,BEA,PHI等。近年来,随着燃料使用量的大幅增加,大量排放的温室气体二氧化碳正成为全球变暖的一个主要原因,因此,目前各国都在想办法尽量减少二氧化碳的大气排放,将二氧化碳在排放前进行分离回收是解决这一难题的一个有效途径。目前用于研究从其他气体中分离二氧化碳的分子筛膜类型有MFI, LTA, FAU, DDR等。 MFI分子筛膜是目前最受人们关注的一类分子筛膜,其合成方法简单,拥有较高的硅铝比,耐热性及化学性质均优于其他类型的分子筛膜,而且还具有两种孔道结构,因此在气体分离方面展现了更加优越的性能。 分子筛膜可以生长在多种载体上,有无孔的玻璃片、石英片、金属片等,也有最常使用的有孔载体,如α-氧化铝(管、片)、不锈钢管、不锈钢网、介孔碳片、陶瓷纤维等。由于分子筛膜的种类多样,所采用的原料和支撑体也各有不同,因此制备过程也大相径庭,目前用于制备支撑膜的合成方法主要有:原位水热合成法,二次合成法,微波加热法,蒸汽相转化法,流动体系合成法,脉冲激光蒸镀法等。 本论文开发了一种在不锈钢网基底上快速制备连续且致密Silicalite-1(Si-MFI)分子筛膜的新方法。这种方法包括用含有聚氧乙烯(PEO)高分子氧化硅溶液对不锈钢网基底进行预处理和在预处理后的基底上用二次生长法制备分子筛膜两个步骤。利用该方法,可在12h内制备连续且致密的不锈钢网支撑的Si-MFI分子筛膜。用扫描电子显微镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)等分析方法对分子筛膜进行了进一步的表征。SEM分析表明所制备的Si-MFI分子筛膜连续且致密,而XRD分析表明膜中的Si-MFI微晶具有很高的结晶度。用膜渗透分离装置及气相色谱仪测试了Si-MFI膜对N_2的渗透性能及对CO_2和N_2的分离性能,结果显示该Si-MFI膜具有很好的气体渗透性并对CO_2和N_2具有很好的分离性能。 我们也探索了不同合成条件对在不锈钢网上合成Si-MFI分子筛膜的影响,其中包括对PEO分子量的调变,不同模板剂的选择,仅采用晶种修饰或介孔硅溶胶修饰以及不同介孔硅溶胶的配制方法均能对Si-MFI分子筛膜的合成产生不同程度的影响。 我们也采用新方法在自制α-Al2O3载体制备了具有一定气体分离性能的Si-MFI分子筛膜。SEM分析表明自制的α-Al2O3载体表面不够平整,α-Al2O3颗粒过大,孔道不均一,使得制备的Si-MFI分子筛膜不如使用钢网载体制备的分子筛膜致密,存在一定的缺陷,XRD分析表明膜中的Si-MFI微晶还是具有很高的结晶度的。用膜渗透分离装置及气相色谱仪测试了Si-MFI膜的渗透性能及对CO_2和N_2的分离性能,结果显示该Si-MFI膜具有一定的分离性能,但是分离效果有限。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ424.25

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