[發明專利]一種純硅沸石復合膜及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202011177144.6
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112387130A
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 吳蘇州;陳俊孚;任嵬
• 申請（專利權）人: 武漢市晶博特科技有限公司
• 主分類號: B01D71/02
• 分類號: B01D71/02;B01D67/00
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 李明香

本發明涉及沸石膜制備技術領域，特別是一種純硅沸石復合膜及其制備方法，本發明制備方法主要采用含硅烷偶聯劑的改性溶液對多孔載體進行改性，通過硅烷偶聯劑來改善多孔載體在改性溶液中的分散性以及多孔載體與有機改性溶液的結合力，大大增加了改性有機物與多孔載體的界面結合的牢固性以及改性物質在載體表面和載體孔隙中的覆蓋率，而后通過高溫處理將已經全面覆蓋于載體表面的改性有機物炭化為一層碳膜。本發明所制備的純硅沸石膜顯示出較低的氣體分子、液體分子傳輸阻力和較高的分離選擇性，具有優越的分離性能，同時本發明的純硅沸石膜制備方法簡單、節能環保，可以推廣到其他類型沸石膜的制備中，適合沸石膜規模化生產。

技術領域

本發明屬于新材料技術領域，具體涉及一種純硅沸石復合膜及其制備方法和應用。

背景技術

膜分離與傳統的分離技術(蒸餾、吸收、萃取、深冷分離等)相比，具有無可比擬的優點。在諸多種類的分離膜材料中，沸石膜是一種具有規則孔道結構的晶體，而且耐高溫、抗化學和生物腐蝕、機械強度高，所以在分離、催化等方面具有很好的發展前景。

作為一種典型的沸石膜，純硅沸石膜具有三維互通孔道，其包括橢圓孔(0.51nm×0.55nm)在a軸方向上連接成“之”字型曲折通道，基本為圓形的孔(0.54×0.56nm)在b軸方向上線性延伸成直通道，c軸方向上沒有通道打開，但分子可以通過沿a軸方向的通道和b軸方向的通道不斷交替來完成擴散。純硅沸石膜在用于氣體、液體混合物的分離時，分子在膜內部孔道的擴散路徑與沸石膜的厚度息息相關，膜對氣體、液體混合物的分離性能由沸石膜中沸石層的微觀結構及沸石層與多孔載體的結合特性決定。但是，在沸石膜合成過程中，由于晶粒成核、生長間的競爭關系，導致沸石膜的晶粒呈現雜亂無章的排布，最終導致沸石膜的滲透性和選擇性差。

一直以來，關于純硅沸石膜的研究較少，且研究者主要基于調整沸石水熱合成條件來改善沸石膜中沸石晶體間的缺陷來提高致密度，進而在降低分離層厚度的情況下保持可以接受的分離效果，但是仍不能滿足工業應用的要求，而很少從沸石膜制備工藝角度進行大膽創新。同時，沸石膜必須生長在一定的多孔載體表面才能滿足實際使用的需要，因此載體的結構特性和成本直接影響最終沸石膜的分離效率和經濟性。針對沸石膜載體進行深入研究顯得尤為必要。

因此，關于高性能純硅沸石膜的研究開發意義重大。

發明內容

本發明的目的是在于提供了一種高性能純硅沸石復合膜及其制備方法和應用，本發明方法制備的純硅沸石復合膜具有更優的微觀結構和分離效果，在氣體、液體混合物分離領域具有良好的應用前景；且本發明生產工藝簡單、成本低、環境友好，可滿足大規模工業化生產的需要。

為了實現上述目的，本發明所采取的技術方案為：

一種純硅沸石復合膜的制備方法，包括如下步驟：

(1)多孔載體的預處理：首先，利用稀鹽酸對多孔載體進行浸泡處理，然后依次用丙酮、去離子水對載體進行洗滌、干燥，獲得無油、無金屬雜質的多孔載體；

(2)多孔載體的改性處理：將步驟(1)所得多孔載體加入到含硅烷偶聯劑的改性溶液中，于40-60℃下攪拌反應6-12h后將混合物分離、干燥，然后將處理后的多孔載體于600-1200℃下碳化處理3-6h，碳化處理結束后采用砂紙打磨、漂洗、干燥即獲得改性處理的多孔載體；

(3)純硅沸石復合膜的合成：配制一定濃度的純硅沸石晶化液，并將步驟(2)制得的改性多孔載體放置的聚四氟乙烯反應釜中心，然后將純硅沸石晶化液小心加入不銹鋼反應釜中至液面浸沒載體，進行水熱反應，晶化結束后將所得純硅沸石復合膜用去離子水洗滌、干燥、高溫焙燒脫出模板劑即得。

優選的，步驟(1)中所述的多孔載體為管狀的氧化鋁、氧化硅或氧化鋯陶瓷材料，平均孔徑為0.5-10μm，孔隙率為30％-70％。