[發(fā)明專利]一種純硅沸石膜及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011177160.5
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN112279265A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳蘇州;陳俊孚;任嵬
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢市晶博特科技有限公司
• 主分類號(hào): C01B39/04
• 分類號(hào): C01B39/04;C01B37/02
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44525
• 代理人: 李明香

本發(fā)明公開了一種純硅沸石膜及其制備方法和應(yīng)用，所述制備方法先以適宜尺寸的沸石晶粒修飾多孔載體，然后在修飾晶粒的載體表面涂覆硅溶膠，在不使用傳統(tǒng)水熱晶化液的條件下，將傳統(tǒng)晶化液中的硅源和模板劑分別供給，并精確調(diào)控模板劑蒸汽壓力和去離子水的壓力直接制備純硅沸石膜，提高了材料利用率，優(yōu)化純硅沸石膜的結(jié)構(gòu)，克服了傳統(tǒng)水熱晶化制備沸石膜缺陷多、浪費(fèi)原料等問題，僅通過精確控制模板劑和去離子水壓力即可控制純硅沸石膜的微觀結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明的方法制備得到的純硅沸石膜缺陷少、成品率高，在水醇混合物分離中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種純硅沸石膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

沸石分子篩膜材料是一類具有規(guī)則的微孔結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，其具有無機(jī)膜材料固有的優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和耐微生物侵蝕和耐氧化性等優(yōu)點(diǎn)，更為獨(dú)特的是其均一的規(guī)則的結(jié)晶孔道系統(tǒng)和其可調(diào)變的表面性質(zhì)，這些優(yōu)異性賦予了沸石分子篩膜具有有機(jī)膜不可比擬的獨(dú)特性，如高的選擇性、高通量、抗溶劑性、耐高溫型等，使得其成為最具潛力、最有前途的膜之一。

純硅沸石膜具有三維互通孔道，其包括橢圓孔在a軸方向上連接成“之”字型曲折通道，基本為圓形的孔在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(kuò)散。目前，制備純硅沸石膜的方法主要分為原位生長法和二次生長(晶種)法。二次生長法是將沸石晶體作為晶種涂覆到載體表面，并且置于合成液中在一定條件下晶化、生長，制備得到連續(xù)致密的沸石膜。

沸石膜合成的基本步驟可以概括為：1)載體的處理和準(zhǔn)備；2)反應(yīng)液的配置；3)載體和反應(yīng)液在一定條件下反應(yīng)成膜；4)反應(yīng)后處理。沸石膜研究的關(guān)鍵是制備滲透量大、分離系數(shù)高的致密薄膜。沸石膜的分離性能主要取決于其制備方法和條件，此外載體性質(zhì)也是重要的影響因素。有研究人員通過多孔α-Al₂O₃載體的處理或修飾改變其表面物化性質(zhì)，并采用原位水熱晶化法合成純硅MFI分子篩膜(張寶泉，孫亮，鄭孟瑤，等.純硅MFI型分子篩膜的原位合成及其CO₂/N₂混合氣體分離性能研究[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2017，37(2):26-31.)；也有研究人員采用兩步變溫水熱法在多孔不銹鋼載體管上合成了Silicalite-1沸石膜(孫維國，楊建華，王愛芳，等.兩步變溫水熱合成制備純硅分子篩膜及其滲透性能[J].過程工程學(xué)報(bào)，2008，8(3):599-602.)；專利(CN105080360B)針對低濃度有機(jī)物水溶液分離，以多孔氧化鋁陶瓷為載體，制備得到了表面具有MFI晶體結(jié)構(gòu)的純硅分子篩膜，合成步驟包括：1)制備合成液形成晶種；2)涂覆晶種；3)配置合成液；4)水熱合成；5)高溫干燥。盡管現(xiàn)有技術(shù)中報(bào)道了諸多純硅沸石膜的制備方法，但合成具有高通量、高分離因子的沸石膜仍是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作，特別是基于現(xiàn)有水熱合成工藝的改進(jìn)仍值得探索。因此，申請人希望通過將傳統(tǒng)晶化液中的硅源和模板劑分別供給，并配以精確調(diào)控模板劑蒸汽壓力的方式，提供一種改進(jìn)的純硅沸石膜的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種純硅沸石膜，在乙醇/水分離中具有良好的分離性能；本申請的另外一個(gè)目的在于提供一種純硅沸石膜的制備方法，克服了傳統(tǒng)水熱晶化制備沸石膜缺陷多、浪費(fèi)原料等問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請采取的技術(shù)方案如下：

一種純硅沸石膜的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)多孔載體的預(yù)處理：在超聲波輔助下，依次用稀鹽酸、丙酮、去離子水清洗載體，之后干燥得預(yù)處理后的多孔載體；

(2)涂覆沸石晶種層：將預(yù)先制得的晶種懸浮液涂覆在步驟(1)預(yù)處理后的多孔載體上，得涂覆晶種層的多孔載體；

(3)涂覆硅溶膠：將步驟(2)所得涂覆晶種層的多孔載體浸入硅溶膠中，得涂覆硅溶膠的多孔載體；