NaA型沸石膜及其复合膜的制备和表征

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:caoda0512116
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NaA沸石分子筛硅铝比为1,具有强亲水性,孔道尺寸介于大多数有机物和水分子之间,因此NaA沸石膜是渗透蒸发进行有机物脱水理想的膜材料之一,同时NaA沸石膜还适用于渗透蒸发进行盐类脱水,在海水淡化领域也有良好的应用。本文采用大孔α-A12O3为载体,通过涂覆大小晶种修饰载体,在凝胶合成液体系中添加甲基纤维素成功制备了NaA沸石膜,与不添加甲基纤维素制备的沸石膜相比较,探究二者在不同混合物中脱水时的渗透蒸发性能以及水热稳定性,初步探讨了影响其性能的因素;通过将NaA分子筛掺杂到双(三乙氧基硅基)甲烷BTESM溶液中制备复合膜,考察其在酸性条件下的水热稳定性和分离性能。(1)采用水热法制备NaA沸石分子筛,合成液采用(n)Al2O3:(n)SiO2:(n)Na2O:(n)TMAOH:(n)H2O=1:3.4:0.32:8.4:257配比,考察了不同的陈化时间、晶化时间和添加甲基纤维素对NaA分子筛结晶度、形貌和粒径的影响,优化后的合成条件为:合成液在25℃陈化15h,100℃晶化12h。在最优条件下向合成液中添加甲基纤维素,制备的NaA分子筛不仅具有更好的结晶度,粒径也降低至200-300nm,属于纳米级的分子筛晶体。(2)在固定硅铝比情况下,按照摩尔比(n)Al2O3:(n)SiO2:(n)Na2O:(n)H2O=1:2:2.2:240配置合成液,在沸石膜的合成过程中探究甲基纤维素的添加量、晶化温度、晶化时间和小晶种溶液的浓度对沸石膜形貌和分离性能的影响,结果表明向合成液中添加1wt%的甲基纤维素,在100℃下晶化5小时,可以制备出分离性能最佳的NaA沸石膜。通过SEM和XRD表征膜的形貌和结晶度,结果表明添加甲基纤维素的沸石膜表面结构完整,生长致密,膜层厚度在2-4μm。在75℃的90wt%乙醇水溶液中进行渗透汽化测试考察其分离性能,渗透通量为2.15 kg/(m2·h),渗透侧水含量为99.925wt%,分离因数大于10000。(3)对添加甲基纤维素的膜M和未添加甲基纤维素的膜N在NaCl/水溶液中进行渗透汽化测试其分离性能。实验结果表明:温度的升高会提高沸石膜的渗透通量,小幅度降低离子截留率;NaCl浓度的增加会降低渗透通量,对截留率影响较小。当0.6mol/L的NaCl水溶液温度从30℃升至90℃时,膜M的水通量从2.87 kg/(m2·h)增至11.77 kg/(m2·h);75℃NaCl水溶液浓度从0.2mol/L增至1mol/L时,膜M的水通量从12.33 kg/(m2·h)降至6.33 kg/(m2·h),离子截留率稳定在99.95wt%左右;75℃在0.6mol/L的NaCl水溶液进行PV测试,NaA沸石膜在72h内保持较好的分离性能,膜M的水通量和离子截留率始终高于膜N。膜M对混合盐水溶液也可进行有效地分离,渗透通量稳定在9.51kg/(m2·h),离子截留率保持在99.88wt%。以上结果表明添加甲基纤维素对沸石膜在盐水溶液中的分离性能有显著的提升。进一步对膜M在醇水混合物中进行PV测试,随着乙醇水溶液中的水量从25wt%降低至10wt%时,沸石膜分离性能降低所需要的时间更长;75wt%乙醇水溶液的温度从60℃增加至75℃时,分离性能降低的时间从2400min缩短至1000min,以上结果表明水量越大、温度越高,沸石膜性能降低所需的时间越短。(4)为使NaA沸石膜可以应用于酸性条件下的有机物脱水,将1wt%的NaA小晶种分散到BTESM溶液,将载体预热至170℃,利用擦涂法制备复合膜,在75℃的PH=3的75wt%乙醇水溶液中,复合膜的分离因数为276.3,渗透通量为2.41 kg/(m2·h),并在此原料液中进行水热稳定性测试,2200min后复合膜的渗透通量稳定在1.83 kg/(m2·h),渗透侧水含量大于98.80wt%。结果表明与BTESM复合后的NaA沸石膜,在较长时间的酸性有机溶液中进行渗透蒸发测试,表现出良好的分离性能及耐酸稳定性。
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