新型炭支撑体上无模板剂制备高硅ZSM-5沸石膜_论文

发布时间:2021-09-20 23:18:45

第 14 卷第 3 期                  辽东学院学报 (自然科学版 )                Vol 14 No. 3 .  2007年 9 月              Journal of Liaodong University (Na tural Science s)               Sep t 2007   . 【 化学工程与材料 】 新 型 炭 支 撑 体 上 无 模 板 剂 制 备 高 硅 ZSM - 5 沸 石 膜 邹本雪 1, 2 , 司  波 , 张雄福 1 2 ( 1. 辽东学院 材料科学与化学工学院 ,辽宁 丹东  118001; 2. 大连理工大学 化工学院 ,辽宁 大连  116000 ) 摘   : 在炭支撑体上预先涂敷 silicalite - 1晶种 , 经二次水热合成法成功地制备了无模板剂的高硅 要 ZS - 5沸石复合膜 , 经 XRD、 SE 和渗透性能测试 , 合成的炭基 - 沸石复合膜连续 、致密 , 显示出一定 M M 的分子选择性能。实验中对合成液中钠硅比 , 水硅比和硅铝比等因素对沸石复合膜性能的影响进行了初步 探讨 。结果表明 , 尽管晶种的存在削弱了 Na 的结构导向作用 , 但是 Na 和 A l 的作用不能忽视 。炭支 撑体上晶种的存在促进了沸石膜的生长 , 对沸石膜的形成起着重要的作用。 关键词 : 沸石 ; 模板剂 ; ZS - 5沸石膜 ; 多孔炭 ; 无机膜 M 中图分类号 : TE624. 9   文献标志码 : A    文章编号 : 1673 - 4939 ( 2007 ) 03 - 0161 - 05    沸石分子筛膜作为一种新兴的无机膜材料 , 它 不仅成为食品 、生物以及石油化工等领域的重要分 离工具 , 而且在高温气体分离、燃料电池和催化反 应等新型领域中具有广阔的 应用前景 [1 , 2 ] 。目前 , 随着沸石复合膜研究的不断发展 , 采用多孔炭材料 作载体合成沸石复合膜逐渐受到重视 [ 3 - 6 ] 。以炭材 料为载体制备沸石复合膜 , 不但可以兼有炭材料和 沸石膜材料两者的性质 , 而且也可以为多孔炭材料 的调孔改性提供一条有效的途径 。 目前 , 炭支撑体沸石复合膜的研究主要集中在 M F I型沸石膜的制备。而 M F I型沸石膜大多采用四 丙基溴化铵 ( TPAB r ) 或 氢氧化 铵 ( TPAOH ) 为 模板剂 , 在合成中由于 TPA 阳离子结合在沸石孔 道中 , 需要对沸石复合膜进行高温焙烧 , 以去除膜 孔内的模板剂 [ 7, 8 ] + + + 3 + 在合成中不用模板剂 , 则可以避免 复杂的焙烧过 程 , 不但使膜的质量和重复性得到提高 , 而且可以 节约能源 , 减少污染 , 大大降低生产成本 。因此 , 在炭材料上研究无模板剂 ZS - 5沸石分子筛膜的 M 合成 , 具有重要的实际意义。 作者首次采用多孔管式炭材料为支撑体制备了 无模板剂的 ZS - 5沸石复合膜 , 通过考察合成液 M 中不同的碱含量 , 水含量以及铝含量对沸石膜性能 的影响 , 确定了最佳的合成条件 , 用 SEM , XRD、 单组分气体渗透性能以及渗透汽化性能对沸石复合 膜进行表征 。 1  实验部分 1. 1  实验所用主要试剂和材料 正硅酸乙酯 ( TEO S) , 氢氧化钠 : 分析纯 , 天 津市大茂化学试剂厂 ; 四丙基氢氧化胺 ( TPAOH ) : (含量 : 25w t% 。高温焙烧模 板剂不但能 耗高 , 而且膜容易产生晶间孔和开裂现象 , 从而降低了高 质量沸石膜制备及其合成重复性 。而对炭支撑体沸 石复合膜 , 由于炭载体在高温空气中容易燃烧 , 使 膜结构遭到破坏 , 因此 , 需要在高温无氧的苛刻条 件下进行焙烧 。沸石膜在高温无氧的条件下 , 不但 膜容易断裂 , 而且容易产生积炭现象 , 使部分膜孔 发生堵塞 , 从而降低了沸石膜的分离性能 ① 收稿日期 : 200 7 - 09 - 01 [ 9 , 10 ] TPAOH, 75wt%乙醇 ) , 浙江省仙居县医药化工实 验厂 ; 硅溶胶 ( SiO2 ) : 含 26w t% SiO2 , 密度 : 1. 16 。若 作者简介 : 邹本雪 (1 97 4— ) , 女 , 辽宁丹东 人 , 硕士 , 主要从 事无 机核材料制备与性能研究 。 辽东学院学报 (自然科学版 )               14卷 第 ~1. 17, 青岛海洋石油化工厂 ; 铝酸钠 ( Sodium alum inate) : 含 54w t% Al2O 3 , 41w t% Na2O , R iedel - deHa。 1. 2  无模板剂的 ZS - 5沸石膜的合成 M 实验中所用的炭支撑体为大连理工大学材料化 工系提供的外径为 9 mm , 内径为 5 mm 的管式多 孔炭材料 , 长 75 mm , *均孔径为 0. 7 μm。使用 前 , 将炭管用乙醇浸泡 , 并在超声波下振荡 5 m in, 用蒸馏水冲洗后自然 晾干 , 然后在 120 ℃下干燥 10 h后备用。 以 TEOS为硅源 , TPAOH 为模板剂和 碱源以 及去离子水为原料 , 首先合成大小约为 100 nm 的 均匀 Silica lite - 1晶种水溶液 。将制得的晶体颗粒 分散于无水乙醇中 , 经多次离心分离后 , 去除残留 的水分 , 超声波振荡 , 得到均匀的晶种乙醇溶液。 然后配制成浓度为 1 wt%的晶种乙醇悬浮液 , 采用 提拉法在已处理好的炭管内表面涂覆晶种 。然后在 室温下晾干 , 置于马弗炉中 523 K下焙烧 6 h。 以硅溶胶 , 铝酸钠 , 氢氧化钠以及去离子水为 原料 , 按氧化 物配比 为 : 100SiO ∶ ~32Na2 O ∶ 20 A l2 O3 ∶ 2000~6 000 H

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