【摘要】：ZSM-5分子篩膜在催化及分離等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用前景,是當(dāng)前材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。b軸取向ZSM-5分子篩膜因短的擴(kuò)散路徑、較低的晶�；ド潭榷哂懈叩臐B透通量,預(yù)計具有優(yōu)異的分離和催化性能。但低Si/Al比、高b取向ZSM-5分子篩膜的合成是目前的難點(diǎn)之一。本文采用原位生長法制備b取向ZSM-5分子篩膜并進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征,研究生長條件、載體性質(zhì)、鋁源及鋁含量對分子篩膜微觀結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,探索取向ZSM-5分子篩膜的形成機(jī)制。在孔徑不同的氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯陶瓷載體上制備了Si/Al比為100(合成液中)的ZSM-5分子篩膜,研究了載體組成和粗糙度對分子篩膜結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn),在富含Ti-OH的銳鈦礦型二氧化鈦載體上,ZSM-5分子篩膜的b取向性及連續(xù)性最好。在不銹鋼片載體上合成了不同Si/Al比b軸取向ZSM-5分子篩膜,研究了Al3+含量對分子篩膜結(jié)構(gòu)的影響。發(fā)現(xiàn),Al3+的含量不影響分子篩晶粒的取向,但影響分子篩膜的連續(xù)性。HP-DSC表征確認(rèn),Al3+對分子篩的成核有明顯的抑制作用,從而導(dǎo)致分子篩膜的連續(xù)性下降。采用多種鋁源包括硝酸鋁、偏鋁酸鈉、擬薄水鋁石、堿式醋酸鋁、異丙醇鋁制備了ZSM-5分子篩膜。發(fā)現(xiàn),鋁源不影響膜的取向,但影響膜的連續(xù)性、骨架Si/Al比和酸強(qiáng)度。采用擬薄水鋁石和偏鋁酸鈉,可以制備得到骨架Si/Al比最低為57和19、連續(xù)性大于80%的b取向ZSM-5分子篩膜。采用硝酸鋁制備的分子篩膜,酸強(qiáng)度最高,而用異丙醇鋁制備的分子篩,酸強(qiáng)度最弱。在多種多孔載體上制備了ab、bb、cb取向的雙層分子篩膜。氮?dú)鉂B透試驗結(jié)果表明,bb取向的雙層分子篩膜具有最高的N2滲透率(2.256?10-5molPa-1s-1m-2),分別較ab和cb取向的雙層膜高0.448?10-5molPa-1s-1m-2和0.076?10-5molPa-1s-1m-2。
[Abstract]:ZSM-5 molecular sieve membranes have wide application prospects in the fields of catalysis and separation. The b-axis oriented ZSM-5 molecular sieve membranes have high permeation flux due to their short diffusion path and low grain interaction degree, which are the current research hotspots in the field of materials, and the results show that the b-axis oriented ZSM-5 molecular sieve membranes have high permeation flux due to their short diffusion path and low grain interaction degree. It is expected to have excellent separation and catalytic properties. However, the synthesis of ZSM-5 molecular sieve membranes with low Si/Al ratio and high b-orientation is one of the most difficult problems at present. In this paper, b-oriented ZSM-5 molecular sieve membrane was prepared by in-situ growth method and its structure was characterized. The effects of growth conditions, carrier properties, aluminum source and Al content on the microstructure of molecular sieve membrane were studied. To explore the formation mechanism of oriented ZSM-5 molecular sieve membrane. ZSM-5 molecular sieve membranes with Si/Al ratio of 100 (in synthetic solution) were prepared on alumina, titanium dioxide and zirconia ceramic carriers with different pore sizes. The effects of carrier composition and roughness on the structure of molecular sieve membranes were studied. It was found that the b-orientation and continuity of ZSM-5 molecular sieve membrane were the best on Ti-OH-rich anatase titanium dioxide carrier. ZSM-5 molecular sieve membranes with different Si/Al ratio b-axis orientation were synthesized on stainless steel substrate. The effect of Al3 content on the structure of molecular sieve membranes was studied. It was found that the content of Al3 did not affect the grain orientation of molecular sieve, but affected the continuity of molecular sieve membrane. It was confirmed by HP-DSC that Al3 obviously inhibited the nucleation of molecular sieve, which led to the decrease of continuity of molecular sieve membrane. ZSM-5 molecular sieve membranes were prepared from various aluminum sources including aluminum nitrate sodium metaluminate pseudo-thin bauxite basic aluminum acetate and aluminium isopropyl alcohol. It was found that the Al source did not affect the orientation of the film, but affected the continuity of the film, the Si/Al ratio of the skeleton and the acid strength. By using pseudo-boehmite and sodium metaluminate, the b-oriented ZSM-5 molecular sieve membranes with the lowest skeleton Si/Al ratios of 57 and 19 and continuity of more than 80% can be prepared. The molecular sieve membrane prepared by aluminum nitrate has the highest acid strength, while the molecular sieve prepared with aluminum isopropyl alcohol has the weakest acid strength. Ab,bb,cb oriented bilayer molecular sieve membranes were prepared on various porous supports. The results of nitrogen permeation test show that the bb-oriented bilayer zeolite membrane has the highest N _ 2 permeability (2.256?10-5molPa-1s-1m-2). Compared with ab and cb oriented bilayers, respectively, the bilayer films were higher 0.448?10-5molPa-1s-1m-2 and 0.076 脳 10 mol Pa ~ (1) / s ~ (- 1) m ~ (2) 路(2).
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ051.893

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本文編號：2444408