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分离过程是工业中的重要单元操作,该过程中能量损失占总能耗的40%～60%。膜分离技术高效低耗,在现代工业中优势显著。膜反应器,能把催化反应与分离结合起来,是一项兼备设备简单、能耗低、反应高效且选择性好等优点的新兴技术。MFI型分子筛膜孔径分布均一、热稳定性良好、酸性可调,在分离和催化反应方面极具应用前景。其中,取向MFI型分子筛膜传质阻力最小,最有利于分离及催化应用。二次生长法是常用的制备取向MFI型分子筛膜的方法,其关键是取向晶种层的组装。作为一种新兴的单层分子筛组装技术,Langmuir-Blodgett(LB)法在取向分子筛膜制备中拥有巨大潜力,一直是本课题组的研究重点。本研究将进一步挖掘LB法在取向分子筛膜制备及应用领域的潜质,发展和推广LB组装技术,主要工作包括:1.在以往的研究基础上,利用LB法制备取向纯硅MFI型分子筛膜,即silicalite-1膜,并进一步就其膜层致密性、取向度对气体分离性能的影响进行系统性研究。研究结果证实,silicalite-1分子筛膜对CO2/H2分离基于分子筛分模型,渗透通量H2>CO2,H2/CO2理想分离因子高于努森扩散值,O.1MPa下实际分离因子达10.31,表明取向silicalite-1分子筛膜的气体分离性能良好,创造性地将LB法制备取向MFI型分子筛膜的技术拓展至分离应用领域。2.将LB技术推广至钛原子取代MFI型膜,即取向TS-1分子筛膜的制备。研究结果证实,采用合成液预晶化法,170℃生长6 h制得的TS-1分子筛膜致密且高度取向,CPO(0k0)值高达0.884。与silicalite-1膜不同,其对C02/H2的分离基于吸附分离模型,渗透通量C02>H2,C02/H2的理想分离因子高于努森扩散值,O.1MPa下实际分离因子达2.29,表明TS-1分子筛膜且分离性能良好。研究内容解决了 TS-1分子筛膜难制备的问题,为制备高钛、高取向度、高致密性TS-1分子筛膜提供了新技术,为实现TS-1膜反应器择形催化绿色工业奠定了基础。3.进一步将LB技术推广至铝原子取代MFI型膜,即取向ZSM-5分子筛膜的制备。使用新型长链双核季铵盐为结构导向剂,显著提高了膜层取向度,生长48 h得到致密且取向的ZSM-5膜,去除模板剂并修复缺陷,提高了膜的致密性及气体分离性能。研究结果证实,硅铝比对ZSM-5膜的气体分离能影响显著。硅铝比降低,分子筛膜对C02/H2的分离行为由分子筛分逐渐过渡为吸附分离,硅铝比80为分子筛分与吸附分离转换的临界点,C02、H2气体渗透通量的增减呈周期性不断反转,出现“开闸效应”。0.1MPa,500℃下,硅铝比160的取向ZSM-5分子筛膜择形催化甲苯甲醇烷基化反应效果最佳,甲苯转化率达81.08%,对二甲苯选择性达37.56%,进一步发展了 LB法制备取向分子筛膜的应用,开拓膜反应器择形催化一体化进程新起点。