【摘 要】
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有机溶剂脱水是石油、医药、化工等多个领域必不可少的一类分离过程。传统的分离技术如精馏具有能耗高、操作复杂等缺点,与之相比,沸石膜渗透汽化有机溶剂脱水技术具有能耗低
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有机溶剂脱水是石油、医药、化工等多个领域必不可少的一类分离过程。传统的分离技术如精馏具有能耗高、操作复杂等缺点,与之相比,沸石膜渗透汽化有机溶剂脱水技术具有能耗低、操作简单的优点。低Si/Al的NaA沸石膜亲水性能好,但是其分子中的铝原子在酸性介质中会脱除进而破坏其骨架结构;高Si/Al的Silicalite-1沸石膜耐酸性能较好,但是亲水性较差。中硅铝比(Si/Al=34)的T型沸石膜,兼具良好的亲水性和耐酸性,是工业上进行渗透汽化脱水获得高纯度有机溶剂的较好的沸石膜选择。本论文首先制备了2μm的T沸石大晶种和0.4μm的T沸石小晶种,然后使用廉价的孔径大小为34μm的圆管状α-Al2O3陶瓷作为载体,通过晶种诱导晶化(二次生长)的方式,在清液体系下短时间内制备了T型沸石膜,最后在原有的涂晶条件和合成体系下,采用“两步涂晶+两步晶化”的方法制备a&b取向性T型沸石膜,其PV性能较随机取向的沸石膜具有很大程度的提高。具体内容如下:(1)采用摩尔配比为SiO2:Al2O3:Na2O:K2O:H2O:TMAOH=18.2:1:4.2:1.5:212.7:x的合成液制备大晶种,考察了晶化时间、模板剂含量(0.822μm)的T沸石晶体,将2μm的晶体作为大晶种;采用相同的合成液配比,考察了晶化时间、陈化时间、模板剂含量(1.822O+K2O)/n(SiO2)=7),分别在3 wt.%的大晶种液和0.8 wt.%的小晶种液下制备了均匀连续的晶种层,然后在n(H2O)/n(SiO2)=30的合成液中150℃下晶化5 h合成了致密的T型沸石膜。得到的T型沸石膜在75℃下分离含有90 wt.%异丙醇的醇/水混合溶液,通量J为3.34 kg·m-2·h-1,分离系数α为2536。(3)膜层晶体的形貌和生长方向是决定膜厚度和性能的关键因素,因此制备取向性沸石膜是提高沸石膜渗透汽化性能的一个较好方法。本章采用上述的涂晶条件和合成液配比,采用“两步涂晶+两步晶化”的方法进行a&b取向性T型沸石膜的制备。在合成过程中详细考察了两步晶化过程中晶化温度和晶化时间的影响,通过控制晶种诱导成核和外延生长成功制备了a&b取向的T型沸石膜,在75℃下对含有90 wt.%异丙醇的醇/水混合溶液进行渗透汽化测试,结果表明该方法制备的a&b取向的T型沸石膜其渗透汽化性能大幅度提高,渗透通量J达3.84 kg·m-2·h-1,分离系数α大于10000。
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