NaA分子筛膜的制备及其在醇类脱水中的应用

采用水热合成法在莫来石支撑体上制备NaA分子筛膜,并利用渗透汽化技术对甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇等不同分子尺寸的醇水体系进行脱水性能的研究,同时考察操作温度和原料液中水含量对膜的分离性能的影响.研究表明:在优化条件下制备出致密无缺陷的NaA分子筛膜,所制备的膜对几种醇类体系脱水都具有良好的分离效果,膜的渗透水通量随温度的升高而增加,分离因子略有下降;随着醇类分子尺寸的增大,膜的分离因子和水通量都呈增大趋势.     

NaA型分子筛膜的合成与渗透汽化性能研究

采用二次生长法,在多孔管状莫来石支撑体上合成了高性能的NaA型分子筛膜.利用SEM和XRD对合成的NaA型分子筛膜进行了结构表征.XRD结果表明,在莫来石支撑体上可形成纯的NaA型分子筛晶体;SEM结果表明支撑体外表面上形成了一层厚度为5～10μm的连续致密的分子筛膜.渗透汽化测试实验表明,在优化条件下合成的NaA型分子筛膜具有高的渗透通量和分离系数.在温度为75℃,原料液中乙醇质量分数为90%的条件下,其渗透通量和分离系数可分别高达2.85 kg·m-2·h-1和10 000.NaA型分子筛膜渗透通量受操作温度、原料液浓度变化的影响很大.当操作温度升高或原料液中水的浓度增加时,其渗透通量均显著增加.     

二次生长法制备NaA型沸石膜及其在渗透汽化中的应用

首先采用负压法在氧化铝载体上引入晶种,再通过二次生长法合成了NaA型沸石膜,考察了各种因素对制膜的影响.结果表明,在90 ℃时反应晶化3 h,能够形成最佳的NaA膜层.对于质量分数为90%的乙醇水溶液,所合成的膜的渗透汽化通量为0.19 kg/(m2*h),分离因子达300以上.在此基础上研究了渗透汽化温度、渗透液浓度对于分离性能的影响,获得了渗透汽化过程的初步规律.     

管状NaY型分子筛膜的合成

分别采用密闭式不锈钢反应釜和开口式回流玻璃反应器,在多孔管状支撑体表面水热合成NaY型分子筛膜.探讨了硅铝溶胶老化时间、合成温度及时间、支撑体等成膜条件对分子筛膜性能的影响,对合成膜进行了XRD和SEM表征.与鼓风烘箱加热的不锈钢反应釜相比,采用油浴加热的玻璃反应器的反应时间更短;同时,形成分子筛膜的渗透性能受支撑体材质的影响很大.在优化的合成条件下,膜对水/有机物混合物具有较好的分离选择性.莫来石支撑体上形成的NaY型分子筛膜应用于75℃、水/乙醇(质量比为10/90)和水/异丙醇(质量比为10/90)体系的渗透通量和分离因子分别高达2.97 kg·m-2·h-1和305,2.45 kg·m-2.h-1和920.而不锈钢支撑体上制备的分子筛膜的渗透通量均为莫来石支撑体上合成膜的1.5倍以上.     

真空抽吸晶种涂覆法制备中空纤维NaA分子筛膜

针对中空纤维分子筛膜批量化制备过程中晶种涂覆问题,提出真空抽吸晶种涂覆技术,以简化晶种涂覆工艺过程。利用真空抽吸法在α-Al2O3中空纤维支撑体外表面涂覆NaA分子筛晶种层,继而采用二次生长法制备NaA分子筛膜。利用粒径分析仪、X线衍射仪(XRD)以及场发射扫描电子显微镜(FESEM)对NaA分子筛晶种及所制备的分子筛膜进行了系统表征。实验考察晶种涂覆条件对膜性能的影响,并优化真空抽吸条件。研究结果显示:采用质量浓度为5 g/L的小粒径晶种悬浮液,在10 kPa真空度下抽吸5 s可获得均匀的晶种层,并制得高性能的中空纤维NaA分子筛膜。在348 K下,所制备中空纤维NaA分子筛膜用于质量分数为90%的乙醇/水溶液分离时,其渗透水通量为5.89 kg/(m2·h),分离因子为11 800。     

TS-1分子筛膜的制备

在多孔管状莫来石支撑体外表面水热合成TS1型分子筛膜.讨论了合成配比、合成温度、晶种引入等因素对膜合成的影响.采用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、紫外可见分光光度计(UVVIS)和扫描电子显微镜(SEM)对TS1分子筛及分子筛膜进行了表征.通过乙醇水混合物对膜的渗透汽化分离性能进行检测.结果表明,Ti进入了分子筛的骨架中,且最佳n(TiO2)/n(SiO2)=0.02,最佳合成温度200℃,采用原位法可以获得缺陷较少的TS1分子筛膜.该膜对乙醇具有较好的选择性,分离因子为62,通量为0.76kg/(m2·h).     

CHA分子筛膜用于DMF渗透汽化脱水研究

将氧化钇稳定型氧化锆(YSZ)中空纤维载体上制备的CHA分子筛膜用于二甲基甲酰胺(DMF)渗透汽化脱水,系统考察了进料水含量和操作温度对膜分离性能的影响,并研究了CHA分子筛膜渗透汽化的长期稳定性。结果表明:膜的渗透水通量随进料水含量和操作温度的升高而增加;对于质量分数为10.0%水/DMF溶液,当操作温度为75℃时,CHA分子筛膜的初始渗透水通量和分离因子分别为5.7 kg/(m~2·h)和1 180;DMF分子在CHA分子筛膜表面和孔道内的吸附阻碍了水的渗透,膜的渗透水通量逐渐下降并在24 h后稳定在1.0 kg/(m~2·h)左右,渗透侧水质量分数稳定在99.0%以上。     

在多孔α-Al2O3陶瓷管上合成NaY沸石分子筛膜

为增大沸石膜的渗透通量,采用水热合成法将两段80mm长、孔径为3～5μm的α-Al2O3陶瓷管分别置于40cm长的晶化釜釜顶与釜底,重复多次涂膜,合成出了无缺陷的沸石膜.XRD、SEM及气体渗透表征表明,该膜确为NaY沸石分子筛膜.在釜顶合成的膜较薄,约为5μm;釜底合成的膜较厚,约为12μm.膜在焙烧去除结晶水的过程中,并未产生明显缺陷.釜顶合成的膜的渗透通量要比釜底合成的膜的渗透通量大1个数量级.在室温下,釜顶合成的膜对H2、N2渗透流率分别为7.95×10-6和2.56×10-7mol.s-1.m-2.Pa-1.H2/N2、H2/C3H8的选择因数分别达到3.13和12.24,可用于相关气体的分离.     

多元组分相互作用对T型分子筛膜蒸气渗透性能的影响

面向组成复杂的溶剂脱水需求,系统考察了T型分子筛膜对水-甲醇、水-乙醇、水-异丙醇二元体系及水-甲醇-异丙醇、水-乙醇-异丙醇三元体系的蒸气渗透分离性能。结果表明:在373 K下,当原料水质量分数为3%时,水-异丙醇体系中的水通量为1.05 kg/(m2·h),分别为水-甲醇和水-乙醇体系水通量的5倍和3.5倍;在水异丙醇体系中加入甲醇或乙醇后,由于甲醇或乙醇进入分子筛膜孔道内阻碍了水的传输,分子筛膜的水通量和分离因子均出现显著下降。通过孔度渗透的方法探讨不同组分与T型分子筛膜间的相互作用,结果表明:组分分子尺寸越小,其在膜孔内的吸附及毛细管冷凝现象越严重,随组分吸附量的增大,对膜孔的堵塞程度越大。研究显示T型分子筛膜的微结构具有良好的稳定性,不容易受组分的吸附行为的影响。     

乙二醇/水在NaA分子筛中吸附扩散行为的模拟

采用巨正则蒙特卡罗(GCMC)和平衡分子动力学(EMD)方法,模拟乙二醇(EG)/水在NaA分子筛孔道中的吸附与扩散行为。结果表明:混合组分间存在着显著的竞争吸附行为,水的吸附量随水质量分数的升高呈增大趋势,与实验中渗透通量的变化趋势相吻合;纯水的扩散速率明显高于乙二醇的扩散速率,混合组分的扩散行为受分子间互相作用影响显著,乙二醇分子对水分子的扩散产生显著的阻滞作用,从而影响了NaA分子筛膜的渗透通量。     

中空纤维复合膜水中脱酯渗透汽化过程的研究

制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯中空纤维复合膜,用于乙酸乙酯/水体系的分离。研究了料液温度、质量浓度及流速对渗透汽化分离性能的影响,并获得了总传质系数。实验结果表明,该复合膜具有较高的渗透通量及较大的分离因子;随着料液温度、流速以及质量浓度的增加,渗透通量均呈增加趋势;分离因子随料液温度和流速的增加而增大,而随料液质量浓度的增加呈先增大后减小的趋势;总传质系数随温度的增加而显著增大。     

聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺平板复合膜CO2/CH4的研究

利用聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺（PDMS/PEI）非对称平板复合膜,以CO2/CH4混合体系作为研究对象,考察了原料气组成、原料气压力、渗余相流量、温度对分离过程的影响。结果表明：随着原料气中CH4组成的提高,CO2渗透速率下降,分离因子先升高,但在CH4体积分数大于0.5时,分离因子开始下降;随着原料气压力的提高,CO2的渗透速率和分离因子均为下降趋势;在不同压力和温度下,随着渗余相流量的增大,CO2渗透速率基本维持稳定,分离因子略有上升,其中在低压或者低温下,CO2分离因子变化不大,在高压或者高温下,CO2分离因子上升明显。     

中空纤维复合膜分离正己烷/氮气的研究

制备了用于正己烷/氮气分离的PDMS/PVDF中空纤维复合膜.分析讨论了原料气压力、流速、原料气中正己烷浓度、透过侧压力及操作温度等因素对气体分离性能的影响.在一定的操作条件下,当原料气中正己烷质量分数为14.6%时,正己烷的渗透速率为1.4E-07 mol/（m2.s.Pa）,分离因子可达90左右.     

明胶膜醇／水渗透汽化性能的研究

用牛骨胶制备明胶膜,用于乙醇/水混合物的渗透汽化分离研究,结果表明,该膜在常温下分离85％乙醇时运行3h便可到达稳定操作状态;料液中醇含量增大、膜的分离系数提高但通量下降;而温度升高或汽相侧真空度提高都能导致膜通量与分离系数的同时提高。     

渗透汽化分离水—乙醇混合物

用顺丁烯二酸酐和丁炔二酸对聚乙烯醇(PVA)进行交联制得渗透汽化膜,并对水—乙醇混合物进行渗透汽化分离。研究了膜的溶胀行为及透过性能随料液组成变化的情况。结果表明:顺丁烯二酸酐和丁炔二酸交联聚乙烯醇膜是性能优异的优先透水膜,随料液中乙醇含量增加,溶胀度和透量减小,而分离系数增大。     

以廉价高岭土和硅藻土为原料合成方沸石分子筛膜

以廉价高岭土和硅藻土为主要原料,在管状莫来石支撑体上采用2次水热生长法合成了方沸石分子筛膜.通过气体渗透性能测试和XRD、SEM等对膜进行表征,重点考察了合成溶胶中的碱度、合成温度、晶化时间对膜层的晶体形貌和结构以及渗透性能的影响.结果表明:在n（ H2 O）: n（ Na2 O）为200的合成溶胶体系中,合成温度为150℃的条件下晶化反应6 h,可制备出结晶度好且渗透性能较高的纯相方沸石分子筛膜.室温下该膜的氢气渗透率为1.8×10-8 mol·m-2·s-1·Pa-1,H2/CO2气体分离因子为15,高于其努森扩散值（4.7）.     

高浓度单糖溶液纳滤分离工艺研究

以葡萄糖溶液为主要原料,用商业卷式纳滤膜研究高浓度单糖溶液纳滤分离过程中料液浓度、操作压力、操作温度3个主要因素对膜分离的影响.在较低浓度下,渗透流率受操作压力影响较大,表现截留率受操作压力影响较小;面在较高浓度下,结果刚好相反.随着温度的升高,压力增大可以加快渗透流率的增加速率,降低表观截留率的下降速率:浓度增大将降低渗透流率的增加速率,将加快表观截留率的降低速率.本研究可为工业生产中综合选择工艺条件以提高处理效率并减少原料损失提供指导.     

戊二醛交联PVA/PAN复合膜渗透汽化性能的实验研究

研究了戊二醛交联时间对PVA/PAN复合膜分离性能的影响,并用于乙醇水溶液的分离。结果表明,交联处理存在着最优时间。对应于最优交联时间的膜,当料液中乙醇质量分数(wE)为96.2%,料液温度(t)为70℃时,渗透通量(J_t)为337(g·m^-2·h^-1),分离因数(α_W/E)为389.7。进一步考察了料液质量分数为30%～98.3%,料液温度为50～78℃时,交联膜的分离性能。     

中空纤维膜分离有机混合物中水的研究

利用聚乙烯醇（ＰＶＡ）中空纤维膜,以渗透蒸发技术分离了乙醇－水、叔丁醇－水以及乙醇－叔丁醇－水混合物。根据研究体系的实际,定义了分离系数、渗透通量以及渗透蒸发分离指数的数学表达式,并以此为基准,考察了分离条件与上述分离特性参数间的关系。实验结果表明：渗透蒸发分离指数随温度及供给液浓度的增加呈单调递增趋势,随供给液流速的增加呈先增后减的趋势。     

PDMS复合膜水中脱除乙醇渗透汽化传质过程分析

对聚二甲基硅氧烷（PDMS）/聚砜（PS）复合膜从低浓度乙醇水溶液中脱除乙醇的渗透汽化过程进行了研究。考察了操作温度、料液浓度及流速对渗透通量的影响,并对其传质过程进行分析。结果表明,乙醇渗透通量随料液温度、浓度及流速的增加而增大;利用Wilson图解法确定膜阻,并计算液相传质系数,进而获得传质准数关联式;在此传质过程中,液膜阻力占总阻力50%以上,表明液膜阻力对该渗透汽化过程有较大影响。