nax型中空分子筛膜的制备及其气体渗透性能研究

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1、第一章概述上海师范大学硕士学位论文为奠定基础的阶段，大部分是进行膜分离科学技术的理论基础研究和初期的工业发展。60～70年代为发展阶段，许多膜分离技术实现了工业化生产并得到广泛应用。80年代之后为发展深化阶段，主要是不断提高己实现工业化的膜分离技术水平，扩大应用范围，一些难度较大的膜分离技术的开发取得了重大进展，并开拓出了新的膜分离技术。1．2无机膜概述20世纪50年代以后，由于能源资源的Et益短缺，膜分离科学技术得到了迅猛发展。但是，有机高分子膜通常在较低温度下使用(最高不超过200℃)，而且要求待分离的原料流体不与膜发生化学反应。当在较高温度下或原料为化学活性混合物时，

2、采用无机膜较好。因此，无机膜的发展大大拓宽了膜分离的应用领域。1．2．1无机膜简介及特点无机膜是由无机材料，如金属、金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的半透膜。无机膜的制备始于上世纪60年代，但真正进入工业应用阶段只有仅20年的历史，随着膜分离技术及其应用的发展，对膜使用的条件提出了愈来愈高的要求，其中有些是高分子膜材料无法满足的，如耐高温及强酸碱介质，因而无机分离膜日益受到重视并取得了重大进展，特别是在微滤、超滤、膜催化反应及高温气体分离中，更充分展示了它的优点。无机膜具有有机高分子分离膜无法比拟的一些优点[5-8,80】：①耐高温，可以在400。C下

3、操作，最高可达800。c以上；②化学稳定性好，能耐有机溶剂、氯化物和强酸强碱溶液，并且不被微生物降解，因此可适应食品加工或催化反应过程；③机械强度大，能在压力达兆帕级条件下操作，不会发生蠕变和压缩，因此可适用于高压体系；④可再生能力强，不会出现老化现象，只要不破损，可长期使用，可采用高压、反冲清洗和蒸汽灭菌等；⑤孔径分布窄，分离效率高。，上海师范大学硕士学位论文第一章概述1．2．2无机膜的分类无机膜按表层结构可划分为致密膜和多孔膜两大类。致密无机膜可分为金属膜和固体电解质膜19】两大类。致密无机膜具有很高的选择透过性，即某种物质通过‘镕解．扩散’，或离子传递机理对膜具有透过

4、性，如Ag膜只允许02透过，Pd膜只允许H2渗透；又如Zr02膜，从膜的一侧只允许02以晶格02’离子形式渗透到另一侧，对氧具有很高的渗透选择性【10。12】。由于致密膜的渗透通量低且成本高，所以研究者将其制成单层对称和多层不对称结构，如Uemiya等[12】合成的P小多孔玻璃复合膜具有较高渗透率。多孔膜可分为多孔玻璃膜、Ab03多孔陶瓷膜[13】、多孔金属膜和沸石分子筛膜[14】四大类。多孔膜具有高于致密膜的渗透通量和低于致密膜的选择性，因此它们可以适用于不同的场合。1．3分子筛膜概述1．3．1分子筛膜的简介分子筛在多孔支撑体上连续生长，就形成了分子筛膜。分子筛是一类具有

5、规整孔道结构的微孔晶态硅铝酸盐材料，硅氧四面体和铝氧四面体是构成分子筛的基本结构单元。当分子筛只存在硅氧四面体组成时，其骨架表现出电中性，而此时的分子筛显示疏水性，但是加入铝氧四面体时，其骨架就由中性变为负电性。随着铝元素含量的增加，硅铝比值的减小，分子筛的亲水性越强。分子筛的不同物理性质，如孔容、孔径、硅铝比、孔的形状、酸性等因素决定着其性能，因此在吸附、催化、离子交换等领域分子筛己被广泛地应用[舳，811。1．3．2分子筛膜的优点分子筛膜作为微孔无机膜的一种，除了具有通常无机膜所有的优点外，还具有其独有的特点[5,80,85】：①分子筛膜的孔径均一、大小可调，且大小在0

6、．3～1．0nm之间，与一般分子的尺寸相近，因此可以依据其孔径大小来筛出不同大小的分子；②分子筛的硅铝比可调节，阳离子可被其它离子交换，Si或A1原子可被其它杂第一章概述上海师范大学硕士学位论文原子取代，使其库仑场可以得到控制，故可根据该特点来选择性的吸附和渗透具有相同大小而极性或可极化程度不同的分子。另外，分子筛本身具有催化活性，通过分子筛膜可以实现分子水平上的分离和催化一体化的膜催化，借助膜催化通过吸附与分离不断的增加反应物和移走生成物，从而促进化学平衡移动，获得较高的单程转化率，同时简化产物的回收提纯步骤，降低能耗节省投资；因此，近年来分子筛膜作为具有反应与分离双重功

7、能的新材料研究进展很快，已成为催化新材料与新过程研究方面的热点。此外，分子筛膜还可以作为纳米级材料的基体进行原子簇和超分子化合物的组装，从而得到新的光学、电化学、光电子的材料，因而将在光电子、电化学仪器方面有着很多潜在的应用。1．3．3分子筛膜的分类分子筛膜一般分为自支撑膜与支撑膜两大类。所谓的自支撑膜，通常是通过在载体上的原位生长而制得，再将分子筛膜剥下，得到自支撑体膜，自支撑体膜由于没有载体的支撑，因而机械强度较差。自支撑膜对于研究分予筛膜的形成机理以及气体分子传输机理起到了重要作用，但由于形成完整无缺陷和高强