用于乙醇/水分离的MFI型分子筛膜

MFI型分子筛膜在分离、催化等领域具有广阔的应用前景,受到了国内外学者的普遍关注。全硅的MFI型分子筛膜具有很强的疏水性,表现出优良的乙醇/水混合物分离性能。本文综述了用于该体系渗透汽化分离的MFI型分子筛膜的研究进展,详细阐述了合成方法(原位水热合成法和晶种法)、不同类型的载体、合成液的原料及配方、合成条件(温度及时间)和焙烧条件对所制备的MFI型分子筛膜的分离性能的影响,归纳了实验研究和理论模拟对该体系分离机理的探讨,并介绍了其对膜制备的指导作用。在深入分析不同合成条件优缺点的基础上,对用于乙醇/水分离体系的MFI型分子筛膜制备的发展趋势进行了展望。     

两步变温法微米晶种诱导合成高性能的T型分子筛膜

在预涂自制微米晶种的多孔管状莫来石支撑体表面上,采用两步变温法诱导合成T型分子筛膜。在溶胶配比nSiO2∶nAl2O3∶nNa2O∶nK2O∶nH2O=1∶0.05∶0.3∶0.1∶30合成条件下,通过变温晶化过程成功制备出高性能的T型分子筛膜。XRD和SEM结果表明,该法可在支撑体表面上较快地形成一层连续致密的纯相T型分子筛膜层,较大缩短了膜合成时间和提高了膜致密性。在优化条件下所合成的膜具有优异的渗透汽化性能,且膜制备的重复性良好。75℃时,在水/异丙醇(10/90,w/w)混合物体系中膜的渗透通量和分离因子分别高达4.25 kg.m-2.h-1,7600;在水/乙醇(10/90,w/w)混合物体系中膜的渗透通量和分离因子分别为2.87 kg.m-2.h-1,1 900。     

CVD法制备Sn掺杂MFI分子筛膜及其对乙醇/水体系的分离性能

采用化学气相沉积(CVD)法对MFI分子筛膜进行Sn掺杂, 制备了一种Sn-MFI分子筛膜, 并研究了其渗透汽化分离乙醇/水体系的性能. XRD, ²⁹Si NMR, UV-Vis及分离实验结果表明, 采用CVD法在将Sn引入MFI膜时, 膜层结构基本得到保持, Sn可以进入分子筛骨架, 有效地减少了膜表面的硅羟基缺陷, 提高了膜分离乙醇/水体系时的稳定性. 在SnCl₄用量为3 mL、 修饰时间为1 h时, 所得到的Sn-MFI分子筛膜的渗透汽化分离性能最佳, 并可在60 ℃下分离5%(质量分数)乙醇/水混合物时保持良好的稳定性. 在经过连续50 h渗透气化分离后, 其渗透通量仅从1.52 kg·m^-2·h^-1下降至1.38 kg·m^-2·h^-1, 分离因子从18下降至16.     

ZSM-5分子筛填充壳聚糖膜的制备与性能研究

采用液相共混的方法制备了ZSM-5分子筛填充壳聚糖膜.扫描电镜表征表明分子筛在膜中分散均匀,膜表面没有明显缺陷.考察了填充膜在碳酸二甲酯/甲醇混合液中的溶胀和吸附行为,探讨了填充膜中分子筛含量及操作温度对渗透汽化膜分离性能的影响.结果表明膜优先吸附甲醇,其分离性能主要由溶解过程控制;随着膜中分子筛含量的增加,膜的溶胀度增大,渗透通量大幅度提高;渗透通量与操作温度符合Arrhenius关系式.与壳聚糖均质膜相比,ZSM-5分子筛填充壳聚糖膜对甲醇和碳酸二甲酯混合物具有更好的分离效果.     

双阳离子体系高通量丝光沸石膜的合成及其乙酸脱水应用（英文）

采用多种表征技术详细研究了碱金属阳离子对丝光沸石分子筛膜生长和渗透汽化性能的影响。结果表明,Li~+、Na~+、K~+和Cs~+以及Na~+-Li~+、Na~+-K~+和Na~+-Cs~+的不同离子组合对丝光沸石分子筛膜的形貌和性能有很大影响。研究发现,碱金属阳离子通过促进硅在初始凝胶中的溶解,在硅铝酸盐的重排过程中起到结构导向作用,进而起到构筑丝光沸石晶体骨架结构的作用。Na~+对丝光沸石晶体的结晶有明显的促进作用,而Li~+、K~+和Cs~+在相同的结晶时间内表现出较慢的结晶速率。在合成凝胶中用K~+代替少量Na~+可以显著改善膜表面的亲水性。特别是合成凝胶中Na~+/K~+比(n_(Na~+)/n_(K~+))为2时,形成了更致密、更亲水的丝光沸石分子筛膜,显示出更高的渗透汽化性能。对于90℃下HAc质量分数为90%的HAc/H_2O混合物的分离,该膜显示出2.67 kg·m~(-2)·h~(-1)的高渗透通量和约为4 000的分离因子。此外,最优条件下合成的丝光沸石分子筛膜在90℃下长达240 h渗透汽化分离90%的HAc/H_2O混合物依然显示优越的酸稳定性。     

市场动态

大连化物所合成工业用A型分子筛膜不久前,中国科学院大连化物所杨维慎研究员领导的研究组采用在多孔氧化铝基体表面预涂晶种并在凝胶体系中合成的方法,合成纯度高、完整性好的NaA型分子筛膜。这种NaA型分子筛膜的H2/n-C4H10、H2/N2和O2/N2理想分离系数分别为106、20.1和2.61,具有很好的工业应用筛分效果。与广泛研究的MFI(ZSM-5和Silicalite-1)分子筛膜相比,A型分子筛的孔径接近或小于低碳烃类分子的动力学直径,所以对H2、N2和低碳烃类具有良好的分离效果。该NaA型分子筛膜已成功应用于渗透汽化脱水分离。相关成果分别发表在Journ…     

MFI型分子膜的制备与H2S/CH4分离性能

采用二次生长法在多孔α-Al₂O₃载体上制备MFI型（ZSM-5和silicate-1）分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的分子筛膜为致密、交联和无取向的MFI型分子筛膜,厚度为5 μm;单组分气体渗透实验检测中,所制备样品膜的N₂渗透量均小于10^-11 mol/（m²·s·Pa）,可认为其无缺陷;同时,考察了样品分子筛膜对H₂S/CH₄混合气的分离效果,在渗透压分别为0.3和0.5 MPa时,silicate-1分子筛膜的H₂S/CH₄的分离因子分别为1.99和4.44,而ZSM-5分子筛膜的CH₄/H₂S的分离因子分别为6.71和12.85。     

二次生长法制备高分离性能的PHI分子筛膜

通过二次生长法在α-Al2O3支撑体表面合成了PHI分子筛膜,考察了晶种合成方式、二次生长合成温度及时间对形成PHI分子筛膜的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成膜进行表征.结果表明:载体表面合成出了PHI分子筛;二次生长法合成出的PHI分子筛膜连续、致密,膜厚约为20 μm.利用渗透汽化技术对甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇等不同分子尺寸的醇/水体系进行分离性能的研究,同时考察原料液中水含量对所制备的PHI分子筛膜的分离性能的影响.结果表明:PHI分子筛膜对几种醇水体系都具有良好的分离效果,随着水含量的增加,水的渗透通量呈增大趋势,乙醇和甲醇的理想分离因子有所降低,异丙醇和叔丁醇的理想分离因子增大.     

莫来石管上丝光沸石膜的合成与渗透汽化性能

采用不添加有机模板剂、配比为n_(Na_2O):n_(Al_2O_3):n_(SiO_3):n_(H_2O)=0.25:0.015～0.1:1:15～60溶胶,在涂有晶种的多孔莫来石管上水热合成出了丝光沸石膜。制备的膜经XRD和SEM表征。考察了合成时间、硅铝比、水硅比和硅源等因素对膜生长及其性能的影响。合成时间的延长有利于丝光沸石c轴方向的优先生长,然而优先取向生长膜层并未提高膜在水/乙醇分离体系中的渗透通量和选择性。优化条件下合成的膜具有较高的渗透汽化性能,在348 K、水/乙醇(10/90,W/W)混合溶液中的渗透通量和分离因子分别为0.70 kg·m~(-2)·h~(-1)。和860。基于XRD和SEM表征结果,高的渗透汽化性能可归结于在莫来石支撑层与较为疏松的表面晶体层之间形成的致密中间层。     

含氟体系下高性能丝光沸石分子筛膜的制备及其性能

采用热涂-浸渍法在大孔α-Al2O3载体上形成薄且致密的晶种层,然后在不添加有机模板剂的含氟条件下二次水热生长法制备了高性能丝光沸石分子筛膜,考察了NaF含量、硅/铝比对丝光沸石分子筛膜形貌和性能的影响.将摩尔组成为6Na2O:1.2Al2O3:30SiO2:780H2O:1.5NaF条件下合成的丝光沸石分子筛膜用于渗透汽化分离91.5%乙醇/水体系,在渗透汽化温度70°C、真空度为400Pa条件下,分离因子和通量分别达到了6872和0.51kg/(m2·h);另外,在分离异丙醇/水、乙酸/水体系时,渗透侧水浓度达到了100%(在色谱检测极限范围内),该分离系数是目前报道的丝光沸石分子筛膜分离的最佳值,并在乙酸浓度为1mol/L的乙醇水溶液中表现出良好的耐酸性.该膜有望作为膜反应器在乙酸乙酯等酯类的生产中大大提高转化率.     

生物功能化纳米SiO2 微球的构建及对谷胱甘肽S-转移酶的捕获分离

采用巯基丙基三甲氧基硅烷(MPS)一步水解法制备了表面带有巯基(-SH)的纳米SiO2微球(nSiO2-SH), 探讨了水/醇体积比、 反应温度、 MPS初始浓度及反应时间对nSiO2-SH微球形貌的影响, 并分析了反应机理. 制备的nSiO2-SH微球进一步与还原型谷胱甘肽(GSH)中的-SH反应生成双硫键(-S-S-), 在微球表面键合上GSH分子, 得到了生物功能化的纳米nSiO2-GSH微球. 通过扫描电子显微(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析仪(TG)对样品的表面形貌、 尺寸和组成等进行了表征. 利用十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳法(SDS-PAGE)检测样品对谷胱甘肽S-转移酶(GST)的分离效果, 结果表明, nSiO2-GSH微球能从混合蛋白中特异性吸附GST, 达到了分离GST的目的.     

Na_2O-SiO_2-Al_2O_3-NaCl-H_2O体系中ANA和SOD沸石膜的水热合成

Na2 O SiO2 Al2 O3 NaCl H2 O体系中,以水玻璃和准一水软铝石为原料,分别在堇青石和玻璃载体上水热合成方沸石(ANA)与方钠石(SOD)沸石膜.研究水含量、反应温度、反应时间与多次合成对膜结晶的影响.用XRD,SEM,EDX表征膜的晶相、形貌和化学组成.堇青石负载方沸石膜在对 95 %(wt.)乙醇水溶液的渗透蒸发实验中,水优先透过沸石膜的选择性显示了晶间孔的醇/水分离作用.非计量的NaCl进入到在玻璃载体上成膜的方钠石笼中,致使该膜显示光致变色效应     

Anti-trade-off in dehydration of ethanol by novel PVA/APTEOS hybrid membranes

Novel organic–inorganic hybrid membranes were prepared through sol–gel reaction of poly(vinyl alcohol) (PVA) with γ-aminopropyl-triethoxysilane (APTEOS) for pervaporation (PV) separation of ethanol/water mixtures. The membranes were characterized by FTIR, EDX, WXRD and PALS. The amorphous region of the hybrid membranes increased with increasing APTEOS content, and both the free volume and the hydrophilicity of the hybrid membranes increased when APTEOS content was less than 5 wt%. The swelling degree of the hybrid membranes has been restrained in an aqueous solution owing to the formation of hydrogen and covalent bonds in the membrane matrix. Permeation flux increased remarkably with APTEOS content increasing, and water permselectivity increased at the same time, the trade-off between the permeation flux and water permselectivity of the hybrid membranes was broken. The sorption selectivity increased with increasing temperature, and decreased with increasing water content. In addition, the diffusion selectivity and diffusion coefficient of the permeants through the hybrid membranes were investigated. The hybrid membrane containing 5 wt% APTEOS has highest separation factor of 536.7 at 50 °C and permeation flux of 0.0355 kg m⁻² h⁻¹ in PV separation of 5 wt% water in the feed.     

Copper-exchanged LTA zeolite membranes with enhanced water flux for ethanol dehydration

Phase-pure and well-intergrown Cu-LTA membranes are developed through copper ions exchange of sodium ions in Na-LTA framework. For pervaporation of 90.0 wt% ethanol/10.0 wt% water mixtures, the Cu-LTA membrane shows much higher water flux than Na-LTA membranes due to the enhancement of the pore size after ions exchange.     

PERVAPORATION OF ETHANOL/WATER MIXTURES WITH HIGH FLUX BY ZEOLITE-FILLED PDMS/PVDF COMPOSITE MEMBRANES

Thin-film zeolite-filled silicone/PVDF composite membranes were fabricated by incorporating zeolite particles into PDMS(poly(dimethylsiloxane)) membranes.The morphology of zeolite particles and zeolite filled silicone composite membranes were characterized by SEM.The zeolite-filled PDMS/PVDF composite membranes were applied for the pervaporation of ethanol/water mixtures and showed higher flux compared with that reported in literatures.The effect of zeolite loading and Si/Al ratio of zeolite particles on...     

Water-alcohol Separation by Pervaporation through Zeolite Modified Poly(amidesulfonamide)s (PASAs)

A series of poly(amidesulfonamide)s (PASAs) which have been synthesized in our laboratory possess good membrane fabrication properties^[1]. The potential use of these membrane materials in RO, UF and PV were demonstrated^[2,3]. Reminiscent to the PV performance of other glassy polymers, most of these materials exhibit a fairly high separation factor albeit a permeation flux below 35 g m^-2 h^-1 in the PV separation of aqueous alcohol mixtures. To have a real application prospect in PV, the permeation flux through the membranes has to e further improved. The present work represents our effort to upgrade the separation characteristics of PASAs by blending with inert hydrophilic zeolites. Three types of PASAs (structure shown in Figure 1) were selected to be fabricated by blending different amount of zeolite NaA or NaX. The zeolite filled membranes were characterized by SEM, IR spectroscopy, sorption measurements and wide-angle X-ray diffraction. By adding proper amount of NaA into the polymer casting solutions, the resultant zeolite filled membranes exhibited improvement in both selectivity and permeability in the separation of 10% aqueous solutions of ethanol, propan-l-ol and propan-2-ol, as compared to the zeolite free membrane (Table 1).     

堇青石栽体表面ilicalite-1沸石膜的合成与表征

本文首次采用堇青石为载体,用水热合成方法,制备了致密的高硅MFI沸石膜,并对其结构、成分以及气体渗透性质进行表征。