聚乙烯醇修饰多孔氧化铝载体及其表面化学镀制备透氢钯膜

先采用聚乙烯醇(PVA)对多孔氧化铝载体进行修饰,再通过化学镀制备了透氢性能良好的钯膜。PVA修饰层不仅能够有效改善粗糙载体的表面形貌,而且可通过热处理从钯复合膜中去除,以避免修饰层产生的透氢阻力。采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了钯复合膜的形貌和组成,并测定了其在350~500°C温度范围内的氢气渗透性能。结果表明,钯膜厚度约为6μm,连续、致密,无明显的针孔和其他缺陷。在温度为500°C、渗透压力为100 kPa的条件下,钯复合膜的H_2渗透通量可达0.238 mol/(m~2·s),理想气体分离因子α(H_2/N_2)达956,并且测试进行100 h后其透氢性能依旧保持稳定。     

采用复合晶种法在大孔载体上制备高性能ZSM-5沸石膜

采用复合晶种法在α-Al2O3载体上制备ZSM-5沸石膜.首先采用热浸渍-擦涂法在大孔α-Al2O3载体上预涂一层由纳米ZSM-5分子筛团聚而成的大晶种颗粒,对载体表面的大孔进行初步修饰;然后在此基础上利用提拉法涂覆小晶种,从而形成一层薄而连续的晶种层;最后在175℃下利用二次生长法制备ZSM-5沸石膜.采用SEM和XRD等方法,对制备的ZSM-5沸石膜进行表征,并对其进行渗透汽化性能测试.结果表明:制备的ZSM-5膜连续、致密且厚度为8μm;在温度353 K下,分离质量分数为90％的乙酸/水体系,其渗透通量可达0.89 kg/(m2·h),分离系数接近于无穷大.     

在粗孔αAl2O3载体上合成NaA沸石膜

采用稀释的水玻璃作为分散介质配成0.5(ω)的NaA沸石悬浮液,对粗孔α-Al2O3(孔径3～5μm)载体管修饰并预涂晶种,进一步采取原位水热晶化法在((Al2O3载体管外表面制备NaA沸石膜. 重复合成5次后,在载体表面形成一层致密、连续的沸石晶体层. 由XRD确定该晶体为A型沸石,由SEM可观察到膜厚约15-20μm,膜表面上的沸石晶体大小约为3-5μm,晶体之间紧密孪生在一起,看不出晶间空隙. 制备的NaA沸石膜的H2渗透率为3.05×10-6 mol/(m2(s(Pa), 对H2/N2和H2/C3H8的理想分离因数分别为6.9和15.6,超过对应的努森扩散值3.74和4.69,说明所制备的NaA沸石膜具有分子筛分性能.     

在粗孔a-Al_2O_3载体上合成NaA沸石膜

采用稀释的水玻璃作为分散介质配成0.5%(w)的NaA沸石悬浮液,对粗孔a-Al2O3(孔径3~5 mm)载体管修饰并预涂晶种,进一步采取原位水热晶化法在a-Al2O3载体管外表面制备NaA沸石膜. 重复合成5次后,在载体表面形成一层致密、连续的沸石晶体层. 由XRD确定该晶体为A型沸石,由SEM可观察到膜厚约15~20 mm,膜表面上的沸石晶体大小约为3~5 mm,晶体之间紧密孪生在一起,看不出晶间空隙. 制备的NaA沸石膜的H2渗透率为3.0510-6 mol/(m2sPa), 对H2/N2和H2/C3H8的理想分离因数分别为6.9和15.6,超过对应的努森扩散值3.74和4.69,说明所制备的NaA沸石膜具有分子筛分性能.     

氧化铝陶瓷管负载TS-1沸石膜的制备及表征

利用二次晶种生长法在α-Al2O3陶瓷管上制备TS-1沸石膜,详细研究了晶化时间对TS-1沸石膜表面形貌、沸石层厚度、沸石生长速率及气体渗透性能的影响.通过扫描电子显微镜(SEM),X-射线衍射仪(XRD),红外光谱(FT-IR)、紫外光谱(UV-Vis)及N2渗透测试对TS-1沸石膜进行了全面表征.研究结果表明:随着晶化时间的延长,TS-1膜层表面沸石粒子互生性增强,且膜层厚度也随之增加.然而,随着沸石层厚度的增加,其气体传输性能下降.当晶化时间为48 h,沸石生长速率最快,为0.087 μm/h,此时TS-1沸石膜厚度为4μm,表面平整,无明显缺陷.     

在粗孔a–Al2O3载体上合成NaA沸石膜

采用稀释的水玻璃作为分散介质配成0.5%(w)的NaA沸石悬浮液，对粗孔a-Al2O3(孔径3~5 mm)载体管修饰并预涂晶种，进一步采取原位水热晶化法在a-Al2O3载体管外表面制备NaA沸石膜. 重复合成5次后，在载体表面形成一层致密、连续的沸石晶体层. 由XRD确定该晶体为A型沸石，由SEM可观察到膜厚约15~20 mm，膜表面上的沸石晶体大小约为3~5 mm，晶体之间紧密孪生在一起，看不出晶间空隙. 制备的NaA沸石膜的H2渗透率为3.05′10-6 mol/(m2×s×Pa)， 对H2/N2和H2/C3H8的理想分离因数分别为6.9和15.6，超过对应的努森扩散值3.74和4.69，说明所制备的NaA沸石膜具有分子筛分性能.     

氧化铝陶瓷管内表面化学镀钯膜及其透氢性能

采用化学镀法,以镀液循环的方式在多孔Al2O3陶瓷管内表面制备了钯膜。利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对钯膜的形貌结构进行了表征,研究了蠕动泵转数对钯膜沉积的影响,并考察了钯膜在350～500°C之间的透氢性能。结果表明,随着蠕动泵转数增加,钯沉积量和致密性提高,然而当蠕动泵转数过快(如45r/min)时,钯膜产生缺陷,转数为30r/min时较适宜。随着温度和渗透压力的升高,H2的渗透通量增加,当温度为500°C、渗透压力为1×105Pa时,H2的渗透通量为0.24mol/(m2·s),理想气体分离因子α(H2/N2)为480。     

新型炭基-沸石复合膜材料的合成研究进展

综述了国内外对多孔炭材料和沸石分子筛相结合形成的炭基-沸石复合材料的研究进展.重点分析了以多孔炭材料为载体,制备新型炭基-沸石复合膜的合成、性能及应用.采用水热合成法,直接在炭材料载体上利用沸石生长制备炭基-沸石复合膜,沸石不易在惰性的炭材料表面成核生长、形成连续膜层,而引入沸石晶种再成膜是一种良好的炭基-沸石复合膜制备方法.分析了引入晶种不同方法成膜的特点,对炭基-沸石复合膜材料的应用和发展进行了展望.     

支撑ZSM-5沸石膜在不同载体上的一次水热合成

采用原位水热合成法在多孔α-Al2O3陶瓷管和工业Rasching环2种载体上一次合成制得结晶良好的Na-ZSM-5沸石分子筛膜,为制备新型催化精馏内构件奠定了基础。以四丙基溴化胺(tetrapropyl ammonium bromide,TPABr)为模板剂,硅溶胶为硅源,铝酸钠为铝源,氢氧化钠为碱源,按照20TPABr-5NaOH-Na2AlO2-30SiO2-900H2O的质量配比制成合成胶体溶液,晶化温度为180℃,晶化时间为120h。X射线衍射的结果表明：2种载体上所合成的分子筛膜均为典型的ZSM-5沸石膜。扫描电子显微镜的照片显示：载体表面完全被分子筛膜覆盖且表面晶体生长良好,晶粒尺寸在20～30μm之间,晶层厚度为20μm左右,载体表面的晶体普遍交连生长．晶体与载体结合牢固。详细比较和分析了2种载体上生长的沸石分子筛膜的晶形及晶貌。     

两步变温水热合成制备纯硅分子筛膜及其渗透性能

采用两步变温水热法在多孔不锈钢载体管上合成了Silicalite-1沸石膜,对合成的Silicalite-1膜进行了X射线衍射和扫描电镜及单成分气体渗透表征,并将其应用于渗透脱除水中乙醇,考察了晶化温度、合成液组成及合成次数对渗透性能的影响. 结果表明,用两步变温合成法可得到高性能的纯硅沸石膜,水/硅(摩尔比)为80且第二步晶化温度为165℃的条件下,只需经一次合成,可获得对乙醇水溶液具有高分离性能的膜,在60℃、乙醇浓度为4.8%(w)时,膜的通量为1.25 kg/(m2×h),分离系数为36.2,但经再次合成后,通量和分离系数均劣化. 水/硅(摩尔比)为225且第二步晶化温度为150℃条件下,经过再次合成,通量和分离系数均得到大大提高,在60℃和乙醇浓度为4.52%(w)时,通量和分离系数分别高达2.8 kg/(m2×h)和34.3,在如此高的分离系数下该通量达到了国内外报道的最高值.     

光催化沉积法制备Pd膜的改进及Pd膜性能表征

对光催化沉积法(PCD)制备Pd膜进行了改进,使含有TiO2与Pd2 的悬浮液膜层在多孔陶瓷膜表面形成液体薄膜,该薄膜在紫外光直接照射下发生光催化还原反应,烧结后得到含TiO2及Pd晶种的超薄膜层,用化学镀修饰得致密Pd膜.采用SEM、EDAX方法对所制的Pd膜表征结果表明,Pd膜厚度为5~6μm.在350~500℃和0.05~0.15 MPa下进行气体渗透实验,当温度为450℃时,H2渗透系数为4.07×10-6mol/(m2.s.Pa),N2的渗透量检测不出,高温热循环测试表明该Pd膜致密且具有良好的热稳性.     

在多孔α-Al2O3陶瓷管上制备β沸石膜的研究

以TEAOH(四乙基氢氧化铵)为模板剂,采用预涂晶种的二次水热合成法在平均孔径3～5 μm的多孔α-Al2O3管状载体的外表面制备了连续致密的β沸石膜,并且用SEM,XRD和气体渗透对所合成的膜进行了表征,结果表明,所合成的膜连续致密,与载体管结合良好,没有大的缺陷.     

沸石填充硅橡胶渗透汽化膜的制备及其优先透醇性能研究

由ZSM-5沸石和聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备超薄沸石填充PDMS复合膜,考察沸石填充量、沸石结构中硅铝比和操作温度对沸石填充硅橡胶膜渗透汽化性能的影响。结果表明,超薄复合膜的制备可以改善渗透通量小的缺陷。沸石填充量30%时分离因子最大;具有相同填充量的PDMS膜,硅铝比较大的填充膜,其分离因子和渗透通量均较高;随着操作温度的升高,复合膜分离因子先升高后降低,在50℃达到最大值,其渗透通量呈升高趋势。     

沸石填充硅橡胶渗透汽化膜的制备及其优先透醇性能研究

由ZSM-5沸石和聚二甲基硅氧烷(PDMS)制备超薄沸石填充PDMS复合膜,考察沸石填充量、沸石结构中硅铝比和操作温度对沸石填充硅橡胶膜渗透汽化性能的影响。结果表明,超薄复合膜的制备可以改善渗透通量小的缺陷。沸石填充量30%时分离因子最大;具有相同填充量的PDMS膜,硅铝比较大的填充膜,其分离因子和渗透通量均较高;随着操作温度的升高,复合膜分离因子先升高后降低,在50℃达到最大值,其渗透通量呈升高趋势。     

水热合成高性能丝光沸石膜及其在四氢呋喃脱水中的应用

在不添加模板剂的情况下,通过二次生长合成法在多孔α-Al_2O_3载体外表面制备丝光沸石膜。当结晶温度为160℃,结晶时间为24 h时,丝光沸石膜的渗透通量和分离因子同时达到最大值,分别为0.125 kg/(m~2·h)和840。在水/异丙醇混合物中测试了沸石膜的渗透汽化能力;通过扫描电子显微镜和X射线衍射表征膜的晶体结构和形貌。将得到的丝光沸石膜用于四氢呋喃脱水,通过研究渗透汽化温度和进料浓度对脱水过程的影响,发现丝光沸石膜具有良好的分离性能。     

NaA沸石膜的制备及在一氯甲烷脱水中的应用

以氢氧化钠、铝酸钠和硅溶胶为原料,利用热浸渍提拉法预涂晶种,在孔径为2～3μm的亲水性α-Al2O3载体和孔径为800nm的疏水性炭载体上制备NaA沸石膜。借助于X射线衍射和扫描电子显微镜对合成的沸石膜进行了表征,采用单组分气体渗透法对NaA沸石膜的气体渗透性能进行了检测。结果表明:当H2渗透通量相近时,在亲水性α-Al2O3载体上制备的NaA沸石膜对H2/n-C4H10的分离因数为27.6,远远高于在疏水性炭载体上制备的NaA沸石膜的分离因数。NaA沸石膜在α-Al2O3载体上的生长速率为1.0μm/h,比在炭载体上生长速率快1倍,说明亲水性α-Al2O3载体更适合作为制备致密的强亲水性NaA沸石膜的载体。将在α-Al2O3载体上制备的NaA沸石膜用于一氯甲烷脱水实验,当进料水含量为0.252%(质量分数)时,水/一氯甲烷的分离因数为7.5×104。     

高性能NaA沸石膜的制备及其脱盐性能

以廉价大孔α-Al_2O_3管为载体,通过两步变温热浸渍涂晶法,修饰载体表面缺陷,得到连续而均匀的晶种层。在微波辅助作用下,短时间内有效诱导制备出超薄Na A分子筛膜。将其用于渗透汽化脱盐体系中,研究发现,微波加热法制备的超薄Na A沸石膜水通量明显高于常规加热法制备的较厚Na A沸石膜,水的渗透通量随着盐浓度的增大在小范围内有所降低,而操作温度的升高对水的渗透具有明显促进作用,当原料液浓度为0.6mol/L、操作温度85℃时,水通量达到11.03kg/(m2·h)。同时,离子截留率不受操作温度及原料液浓度的影响,始终保持99.9%。此外,Na A沸石膜在渗透蒸发脱盐中表现出较高的稳定性,75℃条件下,在0.6mol/L的Na Cl溶液中性能可稳定72h以上。该方法在降低制膜成本的同时有效提高了水的渗透通量及离子截留率,表明Na A沸石膜在膜法脱盐的工业化应用领域具有较好的应用前景。     

基材表面性质对合成支撑β-沸石膜的影响

以不同性质的硅铝陶瓷材料为支撑基材,经基面修饰后,采用溶胶-凝胶法制备支撑β-沸石膜.通过实验研究了基材表面的硅铝比以及基面修饰条件对形成β-沸石膜的影响,并采用XRD和SEM对膜进行了表征.结果表明:支撑β-沸石膜的晶体形貌及晶体大小均与支撑基材的表面性质有关.在不同硅铝比的基材表面所生长出的β-沸石晶体膜的形貌不同.在Al2O3表面形成的β-沸石为长条形晶体,而在硅铝陶瓷基材表面上形成的β-沸石为立方颗粒晶体.基材表面的Si-OH基要比Al-OH基更加有利于在表面生长出较小晶体尺寸的β-沸石膜.另外,在硅铝陶瓷基材表面酸处理要比碱处理更有利于β-沸石膜的生长.     

氟离子与氧化铝摩尔比对丝光沸石膜及其渗透汽化性能的影响

采用二次生长法,在α-Al2O3载体上制备丝光(MOR)沸石膜,并通过改变合成液体系以及合成过程,制备出优质MOR沸石膜。通过X射线衍射、扫描电子显微镜和能谱研究了加氟前后制备的沸石膜微观结构及其n(Si)/n(Al)摩尔比的变化,并用异丙醇/水体系评价膜的渗透汽化性能。结果表明:改变合成液中的n(F–)/n(Al2O3)比,对制备的沸石膜表面的沸石晶体粒度、结晶度、膜厚以及膜的n(Si)/n(Al)比有影响。当n(F–)/n(Al2O3)=2.0时制备的沸石膜厚度仅约为8μm,n(Si)/n(Al)为8.5;优化合成过程后,制备的膜厚度进一步降低,约为6μm,且其渗透通量和分离因子也分别由无氟体系的0.122 kg/(m2·h)和884提升到优化后的0.219 kg/(m2·h)和2005。     

高性能Na A沸石膜的放大制备及表征

采用二次生长水热合成法,在廉价的大孔α-Al2O3载体上(长度为800 mm,外径为12 mm,平均孔尺寸为2～5μm)成功制备高分离性能NaA沸石膜。通过XRD和SEM等表征方法对制备的NaA沸石膜的分子筛晶体与表面形貌进行表征,并对其渗透汽化性能进行测试,在操作温度为75℃、真空度为500～700 Pa的条件下,对乙醇含量为90%(wt)的乙醇/水体系进行分离,渗透通量大于2.0 kg·m-2·h-1且分离系数在8 000以上。表征和测试结果表明,制备的NaA沸石膜表面晶体结晶度高、连续致密且重复性高。