高性能NaA沸石膜的规模化制备及应用研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wzy_shun
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NaA沸石膜骨架硅铝比为1,具有较强的亲水性,其孔道尺寸为4.1Ax4.1A,介于大多数有机物分子与水分子之间。因此,特别适用于渗透蒸发有机物中少量水的脱除。针对其工业化生产成本较高限制其应用等问题,本文对廉价大孔载体上NaA沸石膜的合成进行了探究,探索新型制备工艺提高NaA沸石膜的性能,并从实际应用出发探究了所制备的NaA沸石膜在分离不同有机物/水时的渗透蒸发性能。主要内容如下:(1)利用重复利用晶体合成液中有效营养组分的方法,高效、高产量地制得了亚微米级NaA沸石晶体。亚微米级NaA沸石晶体的产率由3.75%增加至17.00%,提高了4.5倍;(2)为克服大孔载体上不易制得高性能沸石膜的技术障碍,开发了两步变温热浸渍-大小晶种匹配的涂晶方法,在长度为800mm载体上制得了表面无明显缺陷的NaA沸石膜,在75℃渗透蒸发分离90wt.%乙醇/10wt.%水体系,其通量为2.85kg·m-2h-1,分离系数大于10000。优化成膜工艺,提高了成膜的重复性(大于70%),降低了(约40%)NaA沸石膜的生产成本;(3)研究了不同操作条件(如:进料温度、进料流速、进料组成等)和有机溶剂分子极性对NaA沸石膜渗透蒸发性能的影响。随着进料温度的增加,水的通量线性增加,分离系数基本保持不变;随着原料液中有机溶剂浓度的增加,通量和分离系数逐渐减小。有机溶剂分子的极性与NaA沸石膜的通量成负相关。NaA沸石膜在100℃渗透蒸发分离90wt.%丙酮/10wt.%水体系时,NaA沸石膜的渗透通量高达9.72wt·m-2h-1。(4)探究了NaA沸石膜分离无机盐/有机溶剂/水三元体系的渗透蒸发性能。以乙醇/水为模型,系统考察了时间、进料温度和组成、无机盐浓度和种类等对NaA沸石膜分离性能的影响。原料液中无机盐的加入降低了沸石膜的通量,并且不同离子对沸石膜通量的影响也不一样(K+的影响最为明显),通过NaA沸石膜的清洗再生,其分离性能虽有不同程度地回升,但仍没有恢复到原有水平。(5)开发了无机颗粒修饰法制备超薄NaA沸石膜的方法,将经3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)处理的大、小α-Al2O3颗粒涂覆到大孔载体管表面,提高了NaA沸石膜的异相成核密度,制得了无缺陷的NaA沸石膜。75℃下渗透蒸发分离90wt.%乙醇/10wt.%水混合物,其通量为3.87kg·m-2h-1,分离系数为5132,高于利用二次生长法制备得到的NaA沸石膜的通量。
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