【摘要】：NaA分子篩具有八元環(huán)立方孔道結(jié)構(gòu),0.42nm的微小孔徑,而且具有極強的親水性,這些特點使NaA分子篩膜在有機物溶劑的滲透汽化脫水工藝中擁有可堪期待的應(yīng)用前景,特別是在乙醇和異丙醇的脫水工藝方面吸引了眾多學(xué)者。但是,沸石分子篩膜一直沒有得到大規(guī)模工業(yè)化的應(yīng)用,主要因為膜層的造價較高,膜的制備方法還有待改進。所以,將NaA分子篩膜的應(yīng)用進行工業(yè)化生產(chǎn)拓展的關(guān)鍵在于降低制膜成本,找到更加簡單良好的膜層制備方案。現(xiàn)在的報道大多數(shù)是晶種二次生長法和蒸汽相轉(zhuǎn)移法。晶種法制得的膜層很大程度受晶種的影響,同時達到粒徑均勻、高純度的晶種制備方案比較繁雜,該方法在實驗室中廣泛應(yīng)用,但不利于放大生產(chǎn);蒸汽相轉(zhuǎn)移法制得的膜層中,因為晶化過程中無定形凝膠相的應(yīng)用容易導(dǎo)致針洞和裂痕的產(chǎn)生,膜層質(zhì)量沒有保障。因此,本文提出了一種改良的原位水熱法在α-Al_2O_3載體上制備NaA分子篩膜,可以有效的解決傳統(tǒng)原位水熱法中晶核數(shù)目少、營養(yǎng)組分供應(yīng)不足等缺點,以制備出連續(xù)致密、高分離性能的NaA分子篩膜。通過XRD和SEM對合成的膜進行表征,并采用滲透汽化裝置來檢測其滲透蒸發(fā)性能。將改良水熱法制備出的NaA分子篩膜應(yīng)用于乙醇、異丙醇、丙酮以及吡啶的滲透汽化脫水試驗中。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)改良的原位水熱合成法通過增加晶核的數(shù)目和改善晶體的生長這兩個方面,考察水熱合成條件對NaA分子篩膜形貌及性能的影響。通過陳化前預(yù)置載體的方法使α-Al_2O_3載體管與合成液一起陳化浸潤,使初級晶核在載體外表面沉積,達到增加晶核數(shù)目的目的,從而增加了載體上分子篩的成核位點。但是制備出的分子篩膜有裂痕、不連續(xù),其乙醇/水的分離因子為15.96,滲透通量為2.593mol/(h·m~2);通過更新水熱合成液的方法提供新鮮晶核和成膜營養(yǎng)組分,從而達到改善晶體生長的目的,制備出的分子篩膜有斷裂處,其乙醇/水的分離因子為15.53,滲透通量為2.617mol/(h·m~2);通過轉(zhuǎn)動晶化的方法來改善成膜營養(yǎng)的供應(yīng),制備出的分子篩膜有雜晶且不連續(xù),其乙醇/水的分離因子為13.61,滲透通量為2.262mol/(h·m~2);同時使用陳化前預(yù)置載體和更新水熱合成液來改良原位水熱法,制備出連續(xù)致密的NaA分子篩膜,改良水熱法制備的分子篩膜乙醇/水的分離因子為20.2,滲透通量為2.596mol/(h·m~2)。(2)NaA分子篩膜在有機溶劑中滲透汽化脫水中的應(yīng)用使用改良水熱法在α-Al_2O_3載體表面制備的NaA分子篩膜應(yīng)用于乙醇、異丙醇、丙酮和吡啶的滲透汽化脫水工藝中。在滲透汽化脫水試驗中,當(dāng)進料為質(zhì)量分數(shù)89%乙醇水溶液,進料溫度75℃,乙醇/水的分離因子為20.2,出料為質(zhì)量分數(shù)99.21%的乙醇溶液,處理量為8600mL/(h·m~2);當(dāng)進料為質(zhì)量分數(shù)95%丙酮水溶液,進料溫度54℃,丙酮/水的分離因子為16.34,出料為質(zhì)量分數(shù)99.44%的丙酮溶液,處理量為3440mL/(h·m~2);當(dāng)進料為質(zhì)量分數(shù)95%異丙醇水溶液,進料溫度80℃,異丙醇/水的分離因子為19.41,出料為質(zhì)量分數(shù)99.37%的異丙醇溶液,處理量為6880mL/(h·m~2);當(dāng)進料為質(zhì)量分數(shù)95%吡啶水溶液,進料溫度96℃,吡啶/水的分離因子為10.34,出料為質(zhì)量分數(shù)99.61%的吡啶溶液,處理量為1720mL/(h·m~2)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ051.893
【圖文】：

圖 1.1 NaA 分子篩骨架與通道示意圖e 1.1 schematic diagram of the skeleton and channel of NaA membran篩膜的制備NaA 分子篩膜的方法主要有原位水熱合成法、二次生長法、嵌入法、濺射法以及蒸汽相轉(zhuǎn)化法等。以下主要就這1]。合成法成法是制備 NaA 分子篩膜最基本、最常用的方法。通常比例混合起來陳化一定時間，再把多孔載體浸在所得到

圖 1.2 有機物水溶液脫水滲透汽化分離的原理Fig. 1.2 principle of organic matter aqueous solution pervaporation dehydration.雖然沸石分子篩膜滲透蒸發(fā)技術(shù)已經(jīng)在許多方面都得到了廣泛的應(yīng)用，但是其機理還不是很清楚。有很多報道是關(guān)于純硅憎水性沸石分子篩膜滲透汽化傳質(zhì)的模型[45,48,54]，比如吸附-擴散（adsorption-diffusion model）模型、Maxwell-Stefa；對于 NaA 型分子篩膜的滲透汽化則主要采用吸附-擴散（adsorption-diffusioel）模型和氣體傳質(zhì)（gas transport model）模型，Shah 等認為 NaA 分子篩骨架 Na+離子在膜的傳質(zhì)機理中發(fā)揮著重要的作用，Na+離子的位置既是 H2O 在膜內(nèi)傳質(zhì)的活性位，也是 H2O 的吸附位，而且 H2O 在分子篩膜的表面吸附就在子上。2010 年，日本 Kondo 等報道了關(guān)于親水性 NaA 型分子篩膜的一個新的理論，Kondo 認為在滲透汽化過程中，原料液中的 H2O 首先吸附到膜層表面 分子篩晶體的孔道內(nèi)，接著收集到分子篩孔道內(nèi)并冷凝下來，然后水分子通過

2.3 NaA 分子篩膜的合成2.3.1 載體的處理用分別使用800目和1500目的砂紙將α-Al2O3陶瓷管載體的外表面打磨至光滑先使用去離子水超聲 30min，洗滌掉載體表面和孔道內(nèi)殘留的顆粒，再用稀鹽酸浸泡 6h，然后超聲清洗 30min，用去離子水沖洗至中性，并在 120℃下干燥活化，冷卻至室溫后，將載體管的兩端用聚四氟乙烯塞密封，備用。2.3.2 NaA 分子篩膜的制備2.3.2.1 合成液的制備

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本文編號：2749306