2022年亲水性丝光沸石膜的制备及其渗透汽化性能的研究.docx

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1、精品学习资源大连理工高校本科毕业设计（论文）亲水性丝光沸石膜地制备及其渗透汽化性能地争论Preparation and dehydration performance of hydrophilic mordenite zeolite membranes学 院（系）： 化工与环境生命学部专业：能源化学工程学 生 姓 名：张 志 坚学号：202144173指 导 教 师：杨 建 华评 阅 教 师：完 成 日 期：大连理工高校Dalian University of Technology欢迎下载精品学习资源摘要在化学工业中，脱水操作是特别重要和主要地操作过程.膜分别技术是一种新型地分别技术，由于具有

2、其低能耗、设备要求简洁、挑选透过性好等优点，近年来得到了广泛地关注 .丝光沸石分子筛膜 MOR 具有优良地耐热性、耐酸性及良好地亲水性，能够应用于在苛刻环境下渗透汽化以分别有机物/水溶液，所以具有宽阔地应用前景 .本文采纳热浸渍涂层法，在-Al2O3 陶瓷载体管上引入了晶种，通过二次水热合 成法制备出了不同Si/Al 比（摩尔比）地丝光沸石膜 .采纳地合成液配比为： 10Na2O:0.15Al2O3: 36SiO2:960H2O，试验采纳地变量是不同Al 源加入量、不同 F-离子加入量，考察其对丝光沸石分子筛膜地影响，通过不断重复尝试优化了合成丝光沸石分子筛膜地合成条件，胜利地合成出了表面致密

3、、重复性良好、耐酸性好及分别性能优异地丝光沸石分子筛膜 .最终通过试验考察了合成地丝光沸石膜在渗透汽化中地应用.采纳原料为 90wt.%异丙醇/水（ t =75）及 50 wt.%乙酸/水（ t =75 ），结果说明：所合成地丝光沸石膜具有较好地分别性能和稳固性，具有工业应用前景.关键词：膜分别；丝光沸石分子筛；渗透汽化；乙酸脱水欢迎下载精品学习资源注：论文英文题目 .阅后删除此文本框 .Preparation and dehydration performance of hydrophilic mordenite zeolite membranesAbstractDehydration is

4、 the most important and prevailing separating process in the chemical industry. Due to benefits of efficient use of energy and equipment, maneuverability, and excellent permeability etc, membrane separation is widelyinvestigated in recent years. Mordenite membrane has orthogonal pore structures. The

5、re is a wide potential application of mordenite membrane in the dehydration of organic acid and membrane catalytic reaction due to its high thermal stabilityand excellent acidic resistibility.Mordenite membrane has become a research hotspot in recent years.The objective of this work is to synthesis

6、mordenite membranes with different Si/Alrations on a seeded -Al2O3 tube by in situ hydrothermal synthesis. The molar compositionof synthesis mixture is 10Na2O: 0.15Al2O3:36SiO2:960H2O, and I have done a lot of comparative test under this ratio. The effect of crystallization time, crystalization temp

7、erature,and different Si/Al on synthesis of mordenite membrane is studied. We has successfully synthesis the fine membrane which is thin and compact, reduplicate, acidic and possesses good separation property.At last, the synthesized mordenite membrane is applied in the dehydration of 90wt.%IPA/wate

8、r t =75 ） and 50 wt.% acetic/water（ t =75 ） by pervaporation, which exhibits excellent separation properties and high acidic stability, prove that the mordenite membrane has potential application in industry.Key Words： Membrane separation； Mordenite membranes； Pervaporation； Dehydration of AAc欢迎下载精品

9、学习资源目 录摘 要.Abstract .I.1 文献综述11.1 前言11.2 沸石膜（ Zeolite membranes）地概述11.2.1 沸石膜地简介及争论近况11.2.2 沸石膜地种类21.2.3 沸石膜地合成方法31.2.4 沸石膜地表征方法41.3 渗透汽化技术61.3.1 渗透汽化分别技术概述61.3.2 渗透汽化分别参数71.3.3 渗透汽化技术工业前景展望71.4 本文争论思路及主要内容82 试验部分92.1 二次合成法合成丝光沸石膜92.1.1 主要材料与试剂92.1.2 丝光沸石分子筛膜地合成 4647102.1.3 丝光沸石分子筛膜地结构表征122.2 渗透汽化性能

10、测试132.2.1 试验试剂与仪器132.2.2 试验装置与流程132.2.3 渗透汽化主要工艺条件142.2.4 试验数据处理143 结果与争论153.1 晶种层地势貌153.2 Al 含量对丝光沸石膜地影响163.3 F-离子含量对丝光沸石膜地影响17结 论19参 考 文 献20致 谢23欢迎下载精品学习资源1 文献综述1.1 前言近年来，全球变暖等环境问题日益突出，使得全球各国在工业进展中设法削减能量消耗，其中一方面是出于降低成本地考虑，另一方面也是为了削减排放二氧化碳，以缓解其导致地全球变暖等温室效应.以日本为例，化学工业消耗了整个工业界中15% 能量，而其中 40%是由精馏等分别操作

11、所消耗地 1. 膜分别技术 2 是一种全新地分别技术，由于其具有操作便利、效率高、无相变、耗能小、操作费用低等优点，已经胜利应用在食品、化工、医药等各个领域，成为重要地分别技术，其应用对节能减排，减缓温室效应具有重要地意义，因此有望能够替代常规地能源密集型地分别过程.在化工生产过程中，将混合物溶液中地水分别是特别主要地分别过程.传统地蒸馏、精馏操作是典型地高耗能过程，因此可尝试将膜分别技术应用于共沸物系统地脱水.很多争论都报道了关于利用高分子聚合物膜分别水溶液地应用3-7 ，然而由于其没有足够地耐热性、机械性能和化学稳固性，其应用环境常被限制在温度100以下 .而对于特定地工业分别操作，常要求

12、膜组件在高温、高压条件下进行操作，所以在化学工业中应用地膜材料应要求其具有较强地耐热性和机械强度等特点.沸石膜已有 20 余年地争论和进展历史，特殊是NaA 型分子筛已经被商业化使用8-14，它已被证明可在工业中以渗透蒸发-精馏混合系统地势式取代传统地共沸蒸馏地方法15，传统地精馏塔和膜单元是组合应用在含水乙醇纯化地混合系统中地.1.2 沸石膜（ Zeolite membranes ）地概述1.2.1 沸石膜地简介及争论近况沸石膜是各种水合硅铝酸盐晶体地统称，其具有尺寸为0.3nm3.0nm，并且比较规章地孔道结构，正是因其特殊地结构，可以将不同大小地分子进行分别.1976 年，第一由瑞典矿物

13、学家A. F. Cronstedt 在自然界发觉了自然沸石，截止2006 年，已经被确认结构地沸石分子筛共有167 种之多.沸石分子筛是由基本结构单元及次级结构单元构成地，其中以TO4 四周体作为沸石分子筛地基本结构单元，T 是四周体地中心元素， 比较常见地有 Si 和 Al ，也可以使用 Ga、P 等替换.在这些四周体结构中，中心T 原子通过 SP3 杂化轨道与它周边地氧原子进行成键 .TO4 基本结构单元通过氧桥相互连接， 从而组成各种各样地多元环，组成了各种各样地次级结构单元.各种不同地次级结构单元进一步进行不同地排列组合，最终形成了不同类型地沸石分子筛地骨架结构.一般情形下，沸石分子筛

14、依据内部孔径地不同大小可以被分为以下四种类型：超大孔、大孔、中孔和微孔分子筛 .正是分子筛晶体内部这些不同地孔，组成了一维结构、二维交叉结构以及三维网状结构，分子筛膜特殊地物理及化学性质就是由这些特殊地结构决欢迎下载精品学习资源定地.例如：分子筛具有较强地物化稳固性，具有亲水性或憎水性、耐酸性能和在催化领域表现出地优异性能等 .目前沸石分子筛膜主要应用于化工分别操作中.此外，沸石膜在化学传感器、电化学防腐、以及太空材料等领域也具有肯定地潜在价值.除了一般膜所具有地优点以外， 沸石膜作为多孔沸石膜材料地仍具有一些沸石分子筛自身地特性，例如，沸石分子筛地孔径大小一般为纳 M 级，比较均一地小于 0

15、.8nm 地孔径，从而可以有效利用沸石分子筛地挑选吸附性能和择形扩散性，分别不同尺寸、性质地分子.与此同时，沸石分子筛地孔道内阳离子可以被其他元素所取代，通过化学气象沉积法可以对其外表面有选择性地进行修饰，从而可以有挑选性地调控其孔径地大小，以改善其催化和吸附性能，使其能够在工业应用中实现对产物分别地精确掌握.同时，沸石分子筛内不同地Si/Al摩尔比值，打算了分子筛地亲 /憎水性以及耐酸性能地差异 .一般情形下，沸石分子筛地 Si/Al 比值越小就其亲水性越强，但是其耐酸性能随之降低；与此相反，Si/Al 比值越大，分子筛地疏水性就越强，并且也会增强其耐酸性能.因此，在实际应用中可依据需求地不

16、同挑选不同地沸石分子筛或调整Si/Al 比.1.2.2 沸石膜地种类一般情形下，有以下三种较常见种类地沸石膜，即：填充沸石膜、无载体沸石膜、有载体沸石膜 .填充沸石膜是将 SiO2 等非渗透性地材料引入沸石分子筛中 .早在 1973 年， Paul 等16就曾报道胜利制出了A 型填充沸石分子筛地硅橡胶膜，同时发觉，在填充沸石分子筛后，该膜地气体渗透速率降低，但对氮气、氢气地吸附才能增强.90 岁月初， Duval17 及 Jia 等18 争论了关于不同类型地沸石分子筛以及有机膜材料对沸石分子筛填充膜性能地影响 .到目前为止，由于制备方法地局限性以及出于对渗透率性能地考量，填充沸石膜地争论及报道

17、较少 .无载体沸石膜主要有两种：第一种膜片是由晶体本身所构成地膜，其次种是大地分子筛单晶渗透膜 .1983 年， Hayhurst19和 Wernick20 等分别制备了无载体地沸石膜， 并进行试验，考察了 Silicalite-1 沸石分子筛晶体和大地 NaX 型沸石分子筛地气体扩散系数和分别性能 .1991 年， Haag21等制备了无载体地 ZSM-5 型沸石沸石膜，并将其应用于气体混合物地分别，表达出了肯定地分别性能，这是最早报道沸石膜筛分性能地文章.然后，由于这种膜机械强度较低，并没有实际应用地价值，所以目前仅限于争论阶段.有载体地沸石膜是目前争论及应用最为广泛地一种沸石膜，它实际上

18、是聚多晶沸石膜.在 1987 年 Suzuki 等在多孔载体上制得厚度为1m地超薄沸石膜，在此之后有关载体沸石膜地制备与争论在世界范畴内逐步绽开.日本地 Ishikawa A 等在 1989 年首次利用欢迎下载精品学习资源有载体沸石膜进行分别地争论，从而使沸石分子筛成为真正意义地“筛子”目.前制备和争论地有载体沸石膜主要为LTA 型（ NaA ）、T 型、FAU 型（ NaY， NaX）、MFI 型（ Silicalite-1 ， ZSM-5）、 MOR 型（ Mordenite）等等 .本论文所制备和争论地丝光沸石膜为有载体沸石膜 .丝光沸石 mordenite 或 MOR 沸石是人类熟悉最

19、早地沸石之一 22，分为自然沸石和人工合成沸石两大类.1864 年， How 等23 首次命名了自然MOR 沸石 .1948 年， Barrer24 等采纳碳酸钠作为矿化剂，以硅酸凝胶和铝酸钠地水溶液混合后作为原料，在 265295下模拟了自然火山喷发环境，这是首次人工合成出了MOR 沸石.MOR 沸石具有优良地性能及其他特点，比如耐热、耐酸，抗水汽性能较强，可作为石油工业地催化剂或作为气体 /液体混合物分别地吸附剂材料在工业生产中大量使用.依据通用水热合成技术，无模板剂合成地MOR 沸石地 Si/Al 比均在 4.56 地狭窄范畴内，这与自然丝光沸石保持了一样，这一比例范畴地产生可以通过铝原

20、子在沸石膜中地四元环结构中具有优先位置来说明.铝原子必需同时在四元环中占有两个位置，也就是说在一个晶胞中，有八个铝原子 .并且，通过分子轨道地运算，目前己经能够从能量角度证明铝地确优先地存在四元环中，并且，处在四元环对角位置地铝原子要比在同一环中孤立 地铝原子能量稳固 .除此之外，丝光沸石沸石膜地合成也可以采纳晶种、有机或无机模板剂等方法，其 Si/Al 比最高可达 60 以上，这极大地拓展了丝光沸石膜地应用范畴.MOR 沸石膜随Si/Al 比地增加，亲水性减弱，但是随Si/Al 比地增加，丝光沸石膜地耐酸性和水热稳固性会增加 .正是由于丝光沸石膜地这些特性，打算了丝光沸石膜具有良好地亲水性和

21、耐酸性，从而可以在分别水 /乙酸等混合物分别中表现出较高地挑选性，近年来它地研究正受到越来越多地关注 .1.2.3 沸石膜地合成方法聚多晶沸石膜地合成过程主要是由沸石晶体地相互交联、孪生，从而在多孔载体 表面上形成了较为致密地沸石膜层.近年来，由于科学技术地进展，制备沸石膜地方法取得了较为长足地进步 .目前文献报道中，主要有原位水热合成法、二次生长法、微波合成法、溅射法、汽相合成法和嵌入法等合成方法，以下简洁介绍三种方法.（1）原位水热合成法至今为止，原位水热合成法是报道最多地一种合成方法25 ，并且在合成中最为常用.这种方法地主要合成过程是：将清洗洁净、经过处理地载体直接放入晶化釜中，然后倒

22、入合成母液，在肯定温度下，反应釜内自身产生了压力，使晶体在载体表面进行生长，从而成膜 .采纳这种方法制备沸石膜虽然操作简洁便利，但存在一些问题.第一，这种方法不能够较好地掌握晶粒取向、粒径、膜层厚度等条件，通常仍会生成孤立颗粒，不利于膜性能地提高 .另一方面，直接合成法合成过程中需要进行多次水热，欢迎下载精品学习资源这样才能使晶粒形成连续地膜，但制备出地膜由于膜层较厚，在焙烧过程中很简洁产 生裂纹，导致膜失效 .此外，使用这种方法合成沸石膜对载体表面性质要求较高，同时不同合成条件对成膜质量影响很大，这样苛刻地要求肯定程度上增大了沸石膜地制备 难度.(2) 二次生长法二次生长法也是一种新型地合成

23、沸石膜地方法，它地主要过程是将沸石分子筛预 先沉积在载体上，使之与载体进行较为紧密地结合，然后再把载体放入合成液中，进 行生长合成沸石膜 26-29. 二次生长法主要分为以下两个步骤：第一步是将沸石分子筛晶种层引入载体表面，要求晶种层薄而匀称，并且晶种与载体孔大小匹配，一般要求其尺寸大小越小越好，但是又不能够渗入载体孔内部，以免堵塞孔道；其次步，把涂有晶种层地载体放入合成母液中，进行水热生长从而成膜.该方法具有以下显著优点： 广泛适合于各种载体；引入晶种层有助于匀称成核，同时加快膜层地生长，能够更好地掌握所形成沸石膜地微观结构如定向生长、表面无缺陷等 .由于晶种地存在，沸石膜生长受合成液和合成

24、条件影响相对原位水热合成较小，从而可以削减或防止杂晶地显现和生成，拓展了合成地操作空间.目前很多报道中地高性能沸石膜大多是对二次生长发法进行不同程度上地改进后合成地 .(3) 微波合成法应用微波技术合成沸石膜是近年来发觉地一种全新方法，CaroJ 等人曾报道应用此法胜利合成出了粒径为1050m地 AlPO4-5 沸石3032.微波场对水分子等极性分子有着快速而猛烈地加热效应，对很多无机/有机反应会大大加快其反应速率 .采纳该法合成沸石分子筛，能够得到纯度高、大小均一地沸石晶体，并且可以调控不同Si/AI比.同时，相比于传统地水热合成法采纳微波也具有特定地优点：微波加热能极大地缩短晶化时间，在肯

25、定程度上节省了能源消耗；合成出沸 石膜层晶粒大小均一，有利于进一步掌握沸石膜地微观结构，能削减和防止杂晶地生 成，且合成条件要求较低 .因此微波法是合成沸石膜地一种极为高效手段.与水热合成相比，利用微波技术合成沸石膜，可以合成出较小地纳M 晶粒，缩短反应时间，在较宽地合成范畴内合成薄而连续地定向膜.但微波法对试验设备地抗压才能要求较高，特殊是掌握微波功率地才能，不同地微波设备，其合成条件差异很大，有可能造成合成体系地凝胶现象，导致最终得不到目标产品.1.2.4 沸石膜地表征方法膜地表征是考察所制备出膜地质量地重要步骤.表征方法主要有结构表征和性能表征两种，目前应用较为广泛地结构表征方法为扫描电

26、子显微镜（SEM）、 X 射线衍射欢迎下载精品学习资源（ XRD ）、透射电子显微镜（TEM ）、微分析电子探针（ EPMA ）等，而性能表征主要有气体渗透测试和渗透汽化测试N2 吸附等等 .（1）扫描电子显微镜（ SEM）扫描电子显微镜 SEM 主要是用来观看沸石膜地表面与截面地微观结构.从沸石膜地SEM 表面信息中，可以观看膜地连续性、晶体地势貌以及及晶粒尺寸等信息.从沸石膜地 SEM 截面信息可以得到膜地厚度以及观看出膜与载体之间地结合程度等.同时，仍可以对膜表面、截面进行 EDX 元素分析，从而能够确定所合成地膜中含有元素种类以及其所占地比例多少，并且可以粗略判定各元素在膜中地分布大致

27、情形.（2）X 射线衍射（ XRD）利用 XRD 可以确定晶体地晶格结构 .XRD 是在判定沸石晶体类型中极为重要和主要地工具 .通过对于得到地 XRD 分析谱图进行解读，依据特点峰地出峰位置及其强度可以对沸石地类型及结晶度进行判定.同时，可通过特点峰位置置和强弱来判定沸石膜晶粒地取向性，从而说明不同结构地膜具有地不同性能.（3）气体渗透测试上述两种结构表征方法只能定性、局部地说明沸石膜地结构类型以及生长状况，而气体渗透测试试验可以对沸石膜地质量进行定量或整体表征评判.针对不同类型地沸石膜，选用不同地动力学直径地气体来进行渗透测试，通过由单组分气体渗透率地比值运算出地抱负分别系数或者多组分气体

28、渗透地挑选因数，从而能够确定膜在分别中地挑选才能及其所含缺陷地数量，进而完整地评判所合成沸石膜地质量好坏.抱负分别系数地运算公式为： ij = fi /fj式中： fi 为 i 组分通过膜地渗透速率， mol/m2.Pa.s； fj 为 j 组分通过膜地渗透速率， mol/m2.Pa.s；对于多组分气体地分别因数地运算公式为： ij = iyjs / isjy式中： is、iy 分别代表 i 组分在渗透侧和原料侧地摩尔浓度；js、jy 分别代表 j 组分在渗透侧和原料侧地摩尔浓度 .(4) 其它地表征方法电子探针微量分析 EPMA 也是一种测量沸石组成地表征方法，它不仅能够定性地分析膜中地元素

29、组成，而且可以半定量地分析出膜样品中所含各种元素地原子数之比. 此外，氮气 N2 吸附也是一种特别常用地分析手段，主要是用于检测BET 表面积、孔径分布情形、微孔和介孔地容积以及等温吸附线等.欢迎下载精品学习资源1.3 渗透汽化技术1.3.1 渗透汽化分别技术概述渗透汽化技术是近年来受广泛关注地一种新型膜分别技术，由于其具有效率高、能耗低、过程简洁、设备易于放大等优点，已经被广泛应用于高浓度有机物脱水、水中去除有机物和有机混合物地分别等化工单元操作过程. 由于在分别操作过程中物料不受气液相平稳地限制，渗透汽化操作对传统地分别方法比较难分别地近沸体系、恒沸体系以及热敏体系地分别具有较强地有用性3

30、6.此外，从经济和技术方面考察渗透汽化技术，对于脱除有机物中微量水、分别废水中少量有机污染物，以及有机物/ 水地混合溶液中价值较高地稀有组分回收等具有明显地优势37.不仅如此，渗透汽化技术仍可以同时与化学 38 或生化反应进行耦合 39 ，可以随着反应地进行不断地将产物分别出体系，从而有利于极大地提高反应转化率.图 1.1为渗透汽化地示意图，将肯定厚度和致密性地分别膜放入原料液中，膜地“上游”为原料液一侧，一般为常压，而膜地“下游”为渗透侧，一般采纳抽真空地方法保持肯定地低压，从而在膜地上游与下游之间形成了压差. 在膜两侧压力差地作用下，原料液中地组分以分子形式扩散透过分别膜，并在膜地下游低压

31、条件下汽化为蒸汽40.由于原料液中地不同组分具有不同地地化学、物理特性，在透过分别膜地过程中存在溶解度以及扩散速率地大小差异，因此各组分物质透过分别膜地速率不同，从而使得较易渗透组分不断从原料液中分别出来，而难渗透组分在原料侧地浓度不断增大，这个过程就实现了分别地目地 .图 1.1渗透汽化示意图欢迎下载精品学习资源1.3.2 渗透汽化分别参数本文以渗透通量 J 和分别系数 这两个参数来评判分别膜在渗透汽化试验中表现出分别性能地好坏 . 渗透通量 J 指地是肯定压力下原料液中各个组分在单位时间、单位面积内通过分别膜地质量，单位为kg/m2h. 通过对渗透通量 J 地运算，可以估算为了完成肯定地分

32、别成效所需要地分别膜地面积.分别系数 就表达了膜在分别过程中对某组分挑选性地高低.定义分别系数 地公式为： =（YA/YB） / XA/XB式中： YA、YB代表 A、B 组分在渗透侧中地质量分数；XA、XB代表 A、B 组分在原料液中地质量分数；假如两种组分地渗透才能相同就 等于 1；假如组分 A 比组分 B 易透过分别膜， 就 大于 1， 越大就表示组分 A 地渗透才能相对于组分 B越大. 假如 趋近于无穷就表示组分 B 基本不透过沸石膜 . 很明显， 越大说明各组分分别地越完全 .1.3.3 渗透汽化技术工业前景展望为了能够实现大规模工业应用，应用渗透蒸发-精馏混合系统进行有机物 /水溶

33、液地脱水过程有望在肯定程度上节省能量，图1.2 是该系统地示意图 .文献报道过一种情形41，即先进行精馏，再进行膜分别过程，最终将含水量较高地进料混合物（含水质量分数 55%）提纯到含水1%（质量分数），这种组合配置对于渗透蒸发- 精馏混合系统来说，精馏后出来地原料液较高地水蒸汽压力使得渗透通量穿过膜地推动力增强，这进一步利用了膜分别地节能优势.为了实现这个脱水过程，需要开发出一种合适地膜材料，能够应用在较高含水量、超过100地较高温度、且 PH3 地强酸环境下 .图 1.2 膜- 精馏混合分别系统 a）蒸馏 - 渗透汽化混合系统为乙醇脱水b）蒸馏 - 渗透汽化混合系统为乙酸脱水欢迎下载精品学

34、习资源丝光沸石分子筛膜由于其耐酸性地特点可应用在乙酸脱水过程中，很多关于丝光沸石膜制备方法和渗透性能地争论已经报道.特殊是 Matsukata 以及他地同事们地课题组对于高度水挑选性地丝光沸石进行地争论4245，这些丝光沸石膜比之前报道地具有更高地渗透通量，这说明该合成方法应进一步争论以求能达到耐酸膜地实际应用地目地.以工业应用为目地地沸石膜应具有较好地性能和较高地重复性，有文章指出可用二次生长法制备高性能地沸石膜，并且已有争论证明这种方法地优点，即以晶种生长方法按比例放大地NaA 型沸石和八面沸石在工业生产中具有较好地表现.除了二次生长法以外，使用具有较大平均孔径（ 1.0 m）地膜载体够保

35、证较大地渗透通量，这是工业 生产沸石膜地一个显著特点 .晶种生长法和利用较大平均孔径地膜载体这两种方法都在本问中应用以合成丝光沸石分子筛 .1.4 本文争论思路及主要内容鉴于工业上对有机物脱水地庞大需求，而传统地分别方法能耗大且分别效率低，不能满意当今世界提倡地节能、低碳、环保产业地要求.因此渗透汽化分别技术受到人们越来越多地关注 .目前有机高分子膜是应用最为成熟地渗透汽化分别膜，但是这种膜存在不能单独在强酸等苛刻地条件下使用等缺点，从而在渗透汽化分别有机物 / 水混合物领域地应用受到了限制 .因此，无机膜材料在渗透汽化分别中拥有了很好地应用前景 . 能够应用于有机物脱水地沸石膜很多，但是应用

36、于乙酸脱水地沸石膜一般指地是 Si/Al 比较低、既有亲水性又有耐酸性地沸石膜，一般地沸石膜不具备这种特性， MOR 沸石膜发达地孔道和可调地硅铝比，使其在乙酸 /水分别中具有很大地潜力 .膜地势成过程是由晶体在沸石载体上生长而成地，晶体生长是结晶和合成时间地必定结果，而试验中采纳地晶化合成母液是打算所合成膜地特性地一个重要因素.因此，这要求我们必需考察挑选性渗透、晶胞参数、形貌和微孔结构依据合成母液配比地函数变化 .依据一系列不同配比所合成地膜将不仅有利于优化合成条件，也将供应有关膜地势成机理地一些信息 .本文地主要内容以及思路如下：（1） 使用涂层浸渍法并且优化合成条件，采纳二次合成法水热

37、合成丝光沸石膜；（2） 转变试验条件，考察不同合成母液配方条件下制备丝光沸石分子筛膜地晶体结构以及渗透汽化分别性能；（3） 将 F-离子引入反应体系中，考察不同含量地F-离子对丝光沸石膜结构、性能地产生影响；（4） 进行渗透蒸发性能测试：对不同条件下制备出地丝光沸石分子筛膜进行溶液地渗透汽化试验来确定膜地性能 .欢迎下载精品学习资源2 试验部分2.1 二次合成法合成丝光沸石膜2.1.1 主要材料与试剂（ 1） 材料与试剂药品如表 2.1 所示：药品化学式表 2.1分子量试验药品等级生产厂家氢氧化钠NaOH40分析纯天津科密欧化学试剂有限公司氟化钠NaF42分析纯天津科密欧化学试剂有限公司铝酸钠

38、NaAlO281.97化学纯天津科密欧化学试剂有限公司硅溶胶SiO260.08工业品青岛海洋化工厂去离子水H2O18-大连理工高校化工学院合成釜如表 2.2 所示：欢迎下载精品学习资源表 2.2 合成用釜及尺寸合成釜不锈钢釜（不带聚四氟内衬）容积ml90尺寸mm 28 140常用地多孔载体材料是多孔-Al2O3 陶瓷管、莫来石管、 SiO2 管、碳管和不锈钢管，本文采纳多孔 -Al2O3 陶瓷管作为膜载体，孔隙率为30%40%，孔径为 23m.可依据需要切割成所需长度，本试验为载体管地 SEM 照片如图 2.1 所示60mm.图 2.1载体管地表面与截面地SEM图a1）载体表面图； a2）载体

39、截面图2.1.2 丝光沸石分子筛膜地合成 4647（1） ）载体管地预处理在合成分子筛膜前，需要先处理载体管（-Al2O3 陶瓷管）并且在外表面上先预涂晶种.同时，为了使丝光沸石分子筛膜只在载体外表面生长，需采纳聚四氟乙烯生料带将陶瓷载体管两端封闭 .为了保证载体管表面匀称、光滑，需在试验前对载体管进行预处理，分别用800目和 1500 目地砂纸打磨载体管，然后把整根管置入清水中，利用超声进行震荡2h 左右，用来洗去粘附在载体管上地砂粒和杂质.然后再分别用 1 mol/L 地 HCl 溶液和 1mol/L 地 NaOH 溶液中同样超声震荡 2h，最终用去离子水将处理过地载体管洗涤至中性.干燥后

40、放于马弗炉中 550 下煅烧 6 h，升降温速率为 1 / min，然后放入干燥器中供预涂晶种使用 .欢迎下载精品学习资源（2） ）晶种层地制备第一配制晶种液：把粉末状地丝光沸石大分子筛加入到去离子水中，经搅拌、超声震荡后，配制成为3 wt.% 大晶种液；同样，将丝光沸石小分子筛加入到去离子水中，配置成 3wt.%地小晶种液 .涂晶步骤：第一步，涂大晶种 .用聚四氟乙烯密封塞将 -Al2O3 载体管地两端塞紧，以保证晶种层只在载体管外表面生长，然后将密封好载体管放置在175 地电热干燥烘箱中加热.在等待过程中需处理晶种液，将大晶种液搅拌30min，再经超声震荡 30min ，重复三次以保证晶种

41、液已经充分分散，然后倒入到长试管中.3h 后取出已经密封好地载体管，快速将载体管垂直置入长试管中地大晶种溶液中，保持20 s 后缓慢、垂直地取出，去掉两端地聚四氟乙烯塞后，清理载体管内地水.接下来把涂晶完成地载体管放入 到 50 烘箱中干燥 3h，干燥后用脱脂棉轻轻将表层过厚地大晶种层擦掉，然后连续转移至 175烘箱进行固化，固化时间为 24 h；其次步，涂小晶种 .主要步骤与第一步类似，把之前处理好地已经预涂大晶种地载体管用聚四氟乙烯塞塞紧，同样垂直放入到已经超声和搅过地小晶种液中，保持 20 s 后取出，然后去掉聚四氟乙烯塞，并放到 50烘箱中干燥 3h， 24 h 后转移至 175烘箱固

42、化；第三步，进行固化 .把处理好地晶种管放入马弗炉中进行固化，升温、降温速率均为 1/min，并在 550高温下焙烧，恒温保持 6h，终止后冷却至室温，最终将涂好晶种地载体管放入到干燥容器内备用 .图 2.2 为 MOR 丝光沸石分子筛地 SEM 图.图 2.2 MOR 丝光沸石分子筛 SEM图欢迎下载精品学习资源b1）为大分子筛地晶粒；b2）为小分子筛地晶粒（3） ） 合成母液地制备本试验中采纳了二次水热合成法来进行丝光沸石分子筛膜地合成，将摩尔组成为10Na2O:0.15Al2O3:36SiO2:960H2O 地混合物溶液作为丝光沸石膜地合成母液.溶液配制过程主要如下：称取肯定量地氢氧化钠

43、颗粒，加入适量去离子水（大约总量地三分之一）进行溶解，将反应烧杯置入恒温水浴锅以保证恒温环境，并且采纳磁力搅拌器进行搅拌.然后另外称取相应量地硅溶胶，用一次性滴管在搅拌下缓慢滴入反应烧杯中.全部滴加完成后，经水浴加热搅拌陈化肯定时间.再取相应质量地铝源（铝酸钠颗粒），再用大约总 量地三分之一去离子水完全溶解后连续加入上述溶液中，最终加入剩下地去离子水，连续搅拌陈化肯定时间，最终得到晶化母液.（4） ） 丝光沸石膜地合成将已经预涂晶种地载体陶瓷管地两端用聚四氟乙烯密封塞封住，垂直放置于不锈钢反应釜中，将（ 3）中合成地晶化母液倒入反应釜中直至液面高度超过陶瓷管高度.将不锈钢反应釜盖子拧紧后，置于

44、肯定温度地恒温烘箱中进行晶化，使分子筛晶体在载体管地外表面晶化生长成膜 .晶化终止后，取出反应釜，快速用自来水冲洗，使其急速冷却，然后当心取出已经成膜地载体管，用去离子水将膜管洗涤至中性，然后干燥备 用.2.1.3 丝光沸石分子筛膜地结构表征（1） ） 扫描电子显微镜 SEM扫描电子显微镜，即 Scanning electron microscope（SEM）.本文使用中科科创有限公司生产地 KYKY-2800B型扫描电镜进行分析，样品表面喷涂金箔.扫描电镜主要用于争论具有多孔结构地材料，通过电镜照片可以清晰明白材料内部地微观形状结构.争论晶体地表面形貌地微小结构时，不仅能观看到物体表面局部地微小结构地状况，仍能够在仪器轴向较大尺寸范畴内观看出各局部区域间地相互几何关系.在载体上负载地丝光沸石分子筛膜地表面形貌和剖面形貌就可以通过扫描电子显微镜来观看，本试验主要通过扫描电镜明白丝光沸石分子筛膜表面地完整性、晶体交联状况、晶粒大小等形貌特点.欢迎下载精品学习资源（2） ） X 射线衍射 XRDXRD测试采纳日本理学D/max-2400 型 X- 射线粉末衍射仪 ,衍射仪器工作参数为：Cu 靶 K1，