真空抽吸晶种涂覆法制备中空纤维NaA分子筛膜

针对中空纤维分子筛膜批量化制备过程中晶种涂覆问题,提出真空抽吸晶种涂覆技术,以简化晶种涂覆工艺过程。利用真空抽吸法在α-Al2O3中空纤维支撑体外表面涂覆NaA分子筛晶种层,继而采用二次生长法制备NaA分子筛膜。利用粒径分析仪、X线衍射仪(XRD)以及场发射扫描电子显微镜(FESEM)对NaA分子筛晶种及所制备的分子筛膜进行了系统表征。实验考察晶种涂覆条件对膜性能的影响,并优化真空抽吸条件。研究结果显示:采用质量浓度为5 g/L的小粒径晶种悬浮液,在10 kPa真空度下抽吸5 s可获得均匀的晶种层,并制得高性能的中空纤维NaA分子筛膜。在348 K下,所制备中空纤维NaA分子筛膜用于质量分数为90%的乙醇/水溶液分离时,其渗透水通量为5.89 kg/(m2·h),分离因子为11 800。     

丝光沸石分子筛膜的制备与表征

在不添加有机模板剂的条件下,使用配比为n(Na2O):n(Al2O3):n(SiO2):n(H2O)=0.25:0.067:1:35溶胶在多孔莫来石管上水热合成出丝光沸石分子筛膜.考察了晶化时间、硅源、铝源等条件对晶体层晶化和渗透汽化性能的影响.合成的膜经XRD和SEM表征.优化合成条件下制备的丝光沸石膜具有良好的渗透汽化(pervaporation,PV)性能,在75℃,水/乙醇(质量比为10/90)混合溶液中的渗透通量和分离因子分别为0.72 kg·m-2·h-1和480.xRD和SEM表征显示,在较优化水热条件下,支撑体外表面形成了一层致密的、高结晶度丝光沸石分子筛晶体.     

二次生长法制备NaA型沸石膜及其在渗透汽化中的应用

首先采用负压法在氧化铝载体上引入晶种,再通过二次生长法合成了NaA型沸石膜,考察了各种因素对制膜的影响.结果表明,在90 ℃时反应晶化3 h,能够形成最佳的NaA膜层.对于质量分数为90%的乙醇水溶液,所合成的膜的渗透汽化通量为0.19 kg/(m2*h),分离因子达300以上.在此基础上研究了渗透汽化温度、渗透液浓度对于分离性能的影响,获得了渗透汽化过程的初步规律.     

NaA型分子筛膜的合成与渗透汽化性能研究

采用二次生长法,在多孔管状莫来石支撑体上合成了高性能的NaA型分子筛膜.利用SEM和XRD对合成的NaA型分子筛膜进行了结构表征.XRD结果表明,在莫来石支撑体上可形成纯的NaA型分子筛晶体;SEM结果表明支撑体外表面上形成了一层厚度为5～10μm的连续致密的分子筛膜.渗透汽化测试实验表明,在优化条件下合成的NaA型分子筛膜具有高的渗透通量和分离系数.在温度为75℃,原料液中乙醇质量分数为90%的条件下,其渗透通量和分离系数可分别高达2.85 kg·m-2·h-1和10 000.NaA型分子筛膜渗透通量受操作温度、原料液浓度变化的影响很大.当操作温度升高或原料液中水的浓度增加时,其渗透通量均显著增加.     

热浸渍晶种法制备高重复性NaA分子筛膜

利用热浸渍法和打磨法引入晶种合成NaA分子筛膜,将合成的NaA分子筛膜应用于乙醇/水混合体系,研究进料温度、进料侧压力及进料流量等对其分离性能的影响。结果表明,进料温度升高,渗透通量和分离因数呈增大趋势;进料侧压力增大,渗透通量增加,分离因数减小;进料流量增大,渗透通量明显增大,分离因数未发生明显变化。进料温度为75℃、进料侧压力为100kPa、相对真空度接近-0.1MPa、进料流量为16L/h时,所得NaA分子筛膜的渗透通量和分离因数分别为1.08kg.m-2.h-1和3 338,此时用于乙醇/水混合体系分离效果最佳。NaA分子筛膜的重复性高达80%。     

添加TMAOH合成A型分子筛膜及其渗透汽化性能

采用在澄清合成液中添加少量四甲基氢氧化铵（TMAOH）的方法在管状氧化铝表面合成了A型分子筛膜;采用x射线衍射谱图（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征了A型分子筛膜的特征;考察了A型分子筛膜在乙二醇／水体系中的渗透汽化性能．XRD结果表明,氧化铝表面只有A型分子筛存在;SEM结果表明,基膜表面覆盖了一层均匀、致密的分子筛膜．在澄清合成液中添加少量TMAOH,有助于减小分子筛的厚度,从而提高分子筛膜的渗透汽化性能．在温度为343,353,363K下,当水和乙二醇的质量比为85：15时,A型分子筛膜都有很高的渗透分离性能,其选择分离系数都大于10000,渗透量分别为2．88,3．18,5．08kg·（m^2·h）^-1．在上述三种温度下,当水的含量减少时,A型分子筛膜的渗透量减小;而在水的含量相同的条件下,随着温度升高,A型分子筛膜的渗透量增加．     

ETS-4分子筛膜的制备

采用晶种法在多孔管状莫来石支撑体外表面水热合成ETS-4分子筛膜.研究合成条件,包括晶种、合成液碱度以及合成时间对ETS-4晶体生长和膜形成的影响.采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对ETS-4分子筛及分子筛膜进行了表征.通过75 ℃、质量分数为10%的水/乙醇混合物对膜的渗透汽化分离性能进行检测.实验结果表明,在碱性介质中,Al从支撑体析出,导致在支撑体孔中形成方沸石,影响了膜的渗透汽化分离性能.     

管状NaY型分子筛膜的合成

分别采用密闭式不锈钢反应釜和开口式回流玻璃反应器,在多孔管状支撑体表面水热合成NaY型分子筛膜.探讨了硅铝溶胶老化时间、合成温度及时间、支撑体等成膜条件对分子筛膜性能的影响,对合成膜进行了XRD和SEM表征.与鼓风烘箱加热的不锈钢反应釜相比,采用油浴加热的玻璃反应器的反应时间更短;同时,形成分子筛膜的渗透性能受支撑体材质的影响很大.在优化的合成条件下,膜对水/有机物混合物具有较好的分离选择性.莫来石支撑体上形成的NaY型分子筛膜应用于75℃、水/乙醇(质量比为10/90)和水/异丙醇(质量比为10/90)体系的渗透通量和分离因子分别高达2.97 kg·m-2·h-1和305,2.45 kg·m-2.h-1和920.而不锈钢支撑体上制备的分子筛膜的渗透通量均为莫来石支撑体上合成膜的1.5倍以上.     

煤系高岭土合成NaA分子筛及其机理分析

以煅烧煤系高岭土为原料,采用氢氧化钠溶液水热合成制备NaA分子筛.以NaA分子筛晶体的生长过程为基础,利用XRD、SEM对NaA分子筛晶体生长规律进行表征, 并对其结晶机理进行了分析.结果表明,煤系高岭土制备NaA分子筛的最佳工艺条件是:煅烧温度为725 ℃;配料比 m(Na2O)/m(SiO2)为3,m(H2O)/m (Na2O)为40;胶化条件为70 ℃×2 h;晶化条件为100 ℃×6 h.所制NaA分子筛的钙离子交换量为316.55 g CaCO3/g.在NaA分子筛的碱液合成过程中,在晶化条件下,凝胶固相中的硅铝酸根骨架解聚重排晶化成沸石晶体骨架.     

Silicalite-1分子筛膜的制备与表征

考察了硅源、合成温度等合成条件对silicalite-1晶体在多孔支撑体上形成以及所合成的silicalite-1分子筛膜的分离性能的影响.结果表明,在185℃时采用非聚合态TEOS作为硅源进行合成需要40～50 h,而采用三聚合态的硅溶胶作硅源,其晶化温度降到175℃,合成时间仅为16 h.此外,采用硅溶胶作为硅源所合成膜的分离选择性明显好于TEOS合成的膜.XRD和SEN等表征显示,采用两种硅源都有纯的silicalite-1分子筛晶粒连续生长在莫来石支撑体外表面.     

TS-1分子筛膜的制备

在多孔管状莫来石支撑体外表面水热合成TS1型分子筛膜.讨论了合成配比、合成温度、晶种引入等因素对膜合成的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、紫外可见分光光度计(UVVIS)和扫描电子显微镜(SEM)对TS1分子筛及分子筛膜进行了表征.通过乙醇水混合物对膜的渗透汽化分离性能进行检测.结果表明,Ti进入了分子筛的骨架中,且最佳n(TiO2)/n(SiO2)=0.02,最佳合成温度200℃,采用原位法可以获得缺陷较少的TS1分子筛膜.该膜对乙醇具有较好的选择性,分离因子为62,通量为0.76kg/(m2·h).     

Preparation of zeolite NaA for CO2 capture from nickel laterite residue

Zeolite NaA was successfully prepared from nickel laterite residue for the first time via a fusion-hydrothermal procedure. The structure and morphology of the as-synthesized zeolite NaA were characterized with a range of experimental techniques, such as X-ray diffraction, scanning electronic microscopy, and infrared spectroscopy. It was revealed that the structures of the produced zeolites were dependent on the molar ratios of the reactants and hydrothermal reaction conditions, so the synthesis conditions were optimized to obtain pure zeolite NaA. Adsorption of nitrogen and carbon dioxide on the prepared zeolite NaA was also measured and analyzed. The results showed that zeolite NaA could be prepared with reasonable purity, it had physicochemical properties comparable with zeolite NaA made from other methods, and it had excellent gas adsorption properties, thus demonstrating that zeolite NaA could be prepared from nickel laterite residue.     

Fast formation of NaA zeolite membrane in the microwave field

NaA zeolite membrane was successfully synthesized on the porous α-Al₂O₃ support by microwave heating. The synthesis of NaA zeolite membrane in the microwave field only needs 15 min and the synthesis time is 10 times shorter than that by conventional heating. SEM characterization indicates that the zeolite crystals in the NaA zeolite membrane synthesized by microwave heating are uniform in size; the membrane thickness is about 4 μm and is thinner than that of the NaA zeolite membrane synthesized by conventional heating. Gas permeation studies indicate that the permeances of the NaA zeolite membrane synthesized by microwave heating are 3–4 times higher than those of the NaA zeolite membrane synthesized by conventional heating, while their permselectivities are comparable.     

原位法制备MFI型分子筛膜及其渗透性能

采用原位水热法在α-Al2O3支撑体上合成全硅MFI型分子筛膜,通过X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、单组分气体渗透性以及对二甲苯异构体的分离性能对分子筛膜的结构、形貌及其致密性进行表征.结果表明:采用优化条件制备出无缺陷MFI分子筛膜,即NaOH 0.35 g、SiO2 5 g、四丙基氢氧化铵(TPAOH)25 mL,合成5～8h ;合成液中SiO2用量、NaOH用量及合成时间能显著影响MFI分子筛的晶体大小、膜层致密性及膜层厚度.通过优化后配方制备的MFI分子筛膜在300℃下对二甲苯的渗透性可达10.3×10-9 mol/(m2 ·s· Pa),对二甲苯/邻二甲苯的分离因子为28.7 ;室温下,分子筛膜对H2/SF6的理想选择性达16.5.     

Synthesis of zeolite membranes

Zeolite membranes offer great application potentials in membrane separation and/or reaction due to their excellent separation performance and catalytic ability. Up to present, various synthesis methods of zeolite membranes have been developed, including embedded method, in-situ hydrothermal synthesis method, and secondary growth method etc. Compared with the in-situ hydrothermal synthesis method, the secondary growth method possesses a variety of advantages such as easier operation, higher controllability in crystal orientation, microstructure and film thickness,leading to much better reproducibility. This review provides a concise summary and analysis of various synthesis methods reported in the literature. In particular, the secondary growth method was discussed in detail in terms of crystal orientation, defects and crystal grain layers. Some critical issues were also highlighted, which were conducive to the improvement in the synthesis technology of zeolite membranes.