钛、硼同晶取代透醇沸石膜的制备及渗透蒸发分离性能研究
Silicalite-1和Silicalite-2沸石膜具有～0.55nm孔径以及高的热、化学和机械稳定性，骨架中不含铝，疏水性强，是潜在的优异透醇沸石膜材料，在生物质发酵等生物化工领域中解决了传统发酵的技术难题。杂原子同晶取代通过调控沸石骨架的孔道尺寸和物化性质有效改善了沸石膜的分离性能。然而，高性能透醇沸石膜的制备目前限于小孔径的载体，其高的成本和传输阻力阻碍了工业化应用。本论文采用廉价大孔载体，尝试对沸石膜进行杂原子钛和硼同晶取代掺杂改性，以构建高性能透醇沸石膜，主要内容如下: (1)基于Silicalite-2沸石的独特直孔道结构和探索大孔载体上高性能沸石膜制备的可能性，通过调节合成液的组成和晶化条件实现了晶体尺寸调控，制备了粒径为0.3-1μm的Silicalite-2沸石晶种。采用两步变温热浸渍的涂晶方法，二次生长法制得了表面平整且无明显缺陷的Silicalite-2沸石膜，该膜在60℃下对5wt.％乙醇/95wt.％水体系的通量为5.23kg·m-2·h-1,乙醇/水的分离系数为6.65。另外，针对大孔载体上成核量较低的问题和为了简化制膜工艺，提出了晶种辅助蒸汽转化法制得了薄且致密的Silicalite-2沸石膜，在60℃下渗透蒸发分离5wt.％乙醇/95wt.％水体系时，其通量为2.58kg·m-2·h-1,乙醇/水的分离系数达12.8,高于二次生长法合成的Silicalite-2沸石膜的分离系数。 (2)为提高透醇沸石膜的疏水性和膜层的致密性，对Silicalite-2沸石膜进行杂原子同晶取代，以期改善沸石膜的分离性能。采用原位法和二次生长法分别制得了钛同晶取代Silicalite-2(TS-2)沸石膜，在优化的条件下，合成的膜在60℃下对5wt.％乙醇/95wt.％水体系的通量分别为1.05kg·m-2·h-1和3.96 kg·m-2·h-1,乙醇/水的分离系数分别为15.5和9.20。此外，探究了大孔载体上硼同晶取代的影响。结果表明硼同晶取代通过提高沸石的结晶度和减少硅羟基缺陷有效改善膜的疏水性，提高了沸石膜的分离性能，但过量硼反而降低了膜的分离性能。当合成液的B/Si摩尔比为0.06时，合成的膜在60℃下对5wt.％乙醇/95wt.％水体系的通量为1.51kg·m-2·h-1,乙醇/水的分离系数高达35.0。 (3)为了降低制膜成本和探究硼同晶取代对Silicalite-1沸石膜的影响，采用稀合成液在大孔载体上二次生长法制得了高性能硼同晶取代Silicalite-1(B-ZSM-5)沸石膜。当合成液的B/Si摩尔比为0.06时，合成的膜在60℃下渗透蒸发分离5wt.％乙醇/95wt.％水体系时，其通量为2.60kg·m-2·h-1,分离系数达55.0，重复性高达75％。探讨了硼同晶取代的作用机理，通过提高结晶度和减小硅羟基缺陷改善疏水性，且减小了膜层的晶间缺陷，进而提高膜的分离性能，但过量硼由于降低了膜的疏水性从而减小了分离性能。
透醇沸石膜;制备工艺;杂原子同晶取代;钛含量;硼含量;渗透蒸发性能;分离性能
大连理工大学
博士
化学工艺
王金渠;杨建华
2016
中文
TB383
148
2016-11-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）