silicalite1沸石膜的制备和改性与应用研究

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1、大连理工大学硕士学位论文己l言]l口膜分离作为一种新型的分离技术，发展迅速，在医药、化工、电子、冶金、食品、石油化工及环境保护等领域发挥重要作用。沸石分子筛膜具有优良的分离性能和化学稳定性，可以在高温或强酸、强碱等条件下使用，但由于其成本高，在一定程度上限制了其广泛应用。高渗透通量、高选择性膜的研制成为沸石分子筛膜等分离膜应用的关键技术。目前，在众多的分子筛膜制备中，Silicalite．1沸石膜一直是研究的热点，主要是因为该类型分子筛膜独特的孔道结构和较强的憎水特性，在异构体分离、渗透汽化、有机物脱除体系中显示了很好的应用前景。由于Silicalite．1分

2、子筛膜具有强的疏水、亲有机物的特性，一个重要的应用领域就是从含有低浓度有机物的水溶液中回收或富集有机物，这一应用不仅能够回收有价值的化合物，还能够在一定程度上降低环境污染。近年来，随着燃料乙醇在能源领域中的战略地位越来越重要，以农作物及废料发酵制燃料乙醇的技术备受关注。当发酵液中的乙醇浓度增大时，发酵过程就会减慢直至停止，因此该技术生产为间歇式，制备乙醇的周期和成本大大增加。解决这一问题的方法之一就是在乙醇发酵过程中将乙醇从发酵液中分离出去，使发酵液中乙醇始终保持一定的浓度。利用Siliealite一1沸石筛膜的憎水性，通过生物发酵反应与渗透汽化技术的耦合，及

3、时转移生成的乙醇，可实现连续化生产，提高乙醇的生产效率。所以制备性能优良憎水的Silicalite．1沸石筛膜是解决这一问题的关键，目前，Siliealite．1沸石分子筛膜的合成和应用研究有一些报道，但是在大面积的陶瓷、不锈钢管式载体上进行合成和应用的报道很少。因此，本文将对管式Silicalite．1沸石分子筛膜的合成、表征及渗透汽化性能展开研究。将有机、无机材料复合制膜可以克服有机和无机材料的固有局限，使得复合膜有着传统膜无法比拟的优点。目前，有关渗透汽化用有机一无机复合膜主要集中于有机均质膜、无机膜和有机硅聚合物等3类材料的改性上，所制得的复合膜在水中

4、微量有机物的脱除、有机物中少量水的脱除、有机物混和物的分离等领域中已展现出了重要的应用前景。本文制备无机有机Silicalite．1／PDMS复合膜，系统考察了各种因素对复合膜性能的影响。本文系统地研究低成本、高质量Silicalite．1沸石分子筛及其沸石膜的合成技术和相关理论，通过制备无机有机复合膜提高沸石膜的分离系数和通量。最终将所合成的膜应用在渗透汽化分离C2H50H／H20混合物以及开发新的应用体系拓展应用，为沸石膜的制备与其在渗透汽化的应用提供理论基础和实验基础。大连理工大学硕士学位论文1文献综述1。1无机膜概况无机膜是指采用陶瓷、金属、金属氧化物

5、、玻璃、硅酸盐、沸石和炭等无机材料制成的半透膜。它包括陶瓷膜、微孔玻璃、金属膜、沸石分子筛膜、碳分子筛膜及金属陶瓷复合膜等。根据膜的结构不同又可分为致密膜、多孔膜及复合膜。与有机膜相比，无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀，刚性及机械强度好，孔径均匀、孔径分布范围窄，不易老化、寿命长等优点【1J，可以满足更高的使用要求。加之近十年来生物、医药化工、食品等行业的发展，促进了无机膜的发展。因此，无机膜受到世界各国的关注，它的研究与应用已成为当代膜科学技术领域中的重要组成部分。无机膜的发展始于20世纪40年代，经历了三个阶段【2】：第一阶段到本世纪70

6、年代后期，以核原料铀同位素分离、液体分离和膜催化反应为核心【3'4】；第二个阶段是在本世纪80年代初至90年代，始于工业无机膜超滤和微滤技术的创立与发展，并且制备技术有了新的突破，尤其是陶瓷膜的研制进入了一个新的阶段；第三个发展阶段始于90年代后，主要以气体分离为主以及陶瓷膜分离器．组合构件的研究。我国无机膜的研究始于20世纪80年代末，通过国家自然科学基金以及各部委的支持，已经能在实验室规模制备出无机微滤膜和超滤膜。进入90年代，原国家科委对无机陶瓷膜的工业化技术组织了科技攻关，推进了陶瓷微滤膜的工业化进程。国家“863"计划也将“无机分离催化膜’’项目列入

7、国家高技术发展计划之中。目前，我国已初步实现了多通道陶瓷膜的工业化生产，并在相关的工业过程中获得成功应用。1。2沸石分子筛膜概述沸石分子筛的研究起源于十九世纪，目前合成的沸石分子筛的品种已超出百种【5。1oJ。沸石分子筛是指一系列具有规整孑L道结构的水和硅铝化合物。孔径从0．3~3．0nm不等。沸石分子筛的基本结构单元为T04(其中T代表Si，触或Fe，Ti等)，T04再通过共用0相互连接组成不同的环而形成次级结构单元。一般来讲，根据沸石晶体孔道尺寸大小不同可分为小孔、中孔、大孔和超大孔分子筛，小孔分子筛的孔结构由四圆环、六圆环或九圆环组成，中孔分子筛的孔由十

8、圆环组成，大孔的由十二圆环构成，超大孔