连续流动法制备NaA沸石膜及其性能研究

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NaA沸石膜已经工业化应用于有机物的脱水过程。传统沸石膜制备一般在高压釜中静态法成膜。由于该方法为间歇式操作,不适用于膜的工业化连续生产,并且对于毛细管与多通道载体内膜的制备,静态法成膜不利于合成液的更新。连续流动法具有能量利用效率高;相同的产率下需要的装置更小,需要的原料液更少;可以实现沸石膜的大规模制备和连续生产。因此,本论文利用连续流动法于中空纤维内部制备NaA沸石膜。(1)为了制备晶粒小、纯度高适合做晶种用的NaA沸石分子筛,本文采用静态合成法,研究了碱度,晶化温度和晶化时间等因素对粒径大小和分布的影响。研究结果显示:当配方为4.72(TMA)2O:0.057Na2O:Al23:4.2SiO2:297H2O,陈化时间为19h,100℃晶化16h时得到的NaA沸石平均粒径为150nm,晶粒呈立方体晶型;当配方为4.72(TMA)2O:0.285Na2O:Al2O3:4.2SiO2:297H2O,陈化时间为72h,80℃晶化10h时得到的NaA沸石平均粒径为100nm,粒径分布均匀,晶粒呈椭球形。(2)采用连续流动法于陶瓷中空纤维载体内表面制备NaA沸石膜,研究了三种不同浓度配方下膜的制备情况,考察了晶化温度、晶化时间、晶种涂层、膜制备流速、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)添加、回流和进料管线长短等因素对膜质量的影响。研究结果表明:在配方48Na2O:1Al2O3:5SlO2:4500H2O下,膜制备的最优条件为:晶种溶液浓度0.5wt.%,晶化温度90℃,晶化时间14h,流速0.033mL/min。该条件下所制备的膜比较连续、相互交织生长十分好;在配方56Na20:1A1203:5S102:2500H20下,膜制备的最佳条件为:添加PDDA到晶种溶液中,晶化温度90℃,晶化时间12h,流速0.033mL/min,合成液回流。该条件下制备的膜在70℃下对90wt.%乙醇溶液渗透蒸发通量为0.44始m-2h-1,分离因子为1039.47,对单组份气体H2/CO2的分离因子为10.97;在配方50Na2O:1Al2O3:5SiO2:1000H20下,最优的膜制备条件为:陈化时间4h,晶化温度80℃,晶化时间5h,流速0.033mL/min。(3)使用PES中空纤维为载体,在流动体系中采用AP-TMS偶联晶种涂层,然后流动法二次,生长成膜。考察了载体羟基化、晶种涂层和膜制备流速对膜质量的影响,研究结果表明:羟基化载体有利于膜的制备;当偶联流速为0.033mL/min,膜制备流速为0.013mL/min时所制备的膜连续、相互交织生长好,N2渗透测试几乎不透气。
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