高渗透率ZSM-5沸石膜的合成

沸石膜具有规整的孔道结构和统一的孔径 ,而且耐高温、耐化学侵蚀 ,因而在高温气体分离、蒸汽分离和催化 -分离一体化方面具有广阔的应用前景 ,尤其对烃类异构体如正、异丁烷 ,二甲苯异构体的分离显示了良好的分离性能[1] .沸石膜的合成研究已有很多报道[2～ 7] ,在 ZSM-5沸石膜合成中用到的模板剂均为昂贵的 TPABr或 TPAOH,且从渗透分离数据看 ,它们都具有良好的分离选择性 ,但渗透率不高 ,如 H2 的渗透率在1 0 - 7mol/(m2·s·Pa)数量级 ,这就制约了膜的应用 ,因此 ,探讨具有高选择性和大渗透量的沸石膜的合成显得尤为重要 .本文直…     

Silica lite-1纳米晶的尺寸控制合成

全硅 Silicalite- 1沸石作为 MFI结构的 ZSM- 5分子筛家族中不含 Al的成员 ,不仅具有良好的热稳定性和特殊的十元环孔道结构 ,而且具有憎水和亲油等特性 [1,2 ] ,通常以四丙基铵根离子为模板剂在水热条件下进行合成 ,所得到的晶粒尺寸处于几微米至几十微米之间 [2～ 11] .如李军等 [3 ] 制得了晶粒在1 0μm左右的 Silicalite- 1膜 . Kath等 [4 ] 以硅酸铵为硅源、四丙基溴化铵为模板剂制备了粒径为 5 0μm的 Silicalite- 1 ;但以正硅酸乙酯为硅源、四丙基氢氧化铵为模板剂时 ,在乙醇的参与下合成了晶粒为0 .5 μm的超细 Silicalite- 1…     

ZSM-5分子筛光催化活性的初步研究

开发具有广泛用途包括光催化合成和选择性氧化有机物的新型光催化剂是光催化研究领域所面临的重要挑战之一[1] . Kato等[2 ] 报道了HZSM- 5和丝光沸石对甲烷无氧偶联反应具有光催化活性,我们也发现HZSM- 5原粉对乙烯、溴代甲烷和染料都表现出明显的光催化活性.由于分子筛不是半导体,所以其光催化性能难于用传统的半导体光催化理论加以解释.Kato[2 ] 认为分子筛中Al—O单元是HZSM- 5和丝光沸石产生光催化活性的活性位,Anpo等[3]认为,过渡金属原子在Y沸石和MCM- 41介孔分子筛的骨架内形成了孤立的金属-氧物种电荷转移激发态:[Me(n- 1…     

不同晶粒ZSM-5沸石分子筛对合成气羰基化反应性能的影响

对沸石分子筛而言,分子筛的孔道、孔径、孔容和微孔等物理性质和酸性影响它的活性.通过调节和控制以上物理性质能够提高产物选择性和收率,降低副产物,从而促进反应性能提高活性.我们考察了ZSM-5分子筛的晶粒度和硅铝比对合成气羰基化反应性能的影响.结果表明,晶粒度小及具有一定比例的中强酸中心的ZSM-5沸石分子筛对反应有利,但晶粒度比较大即1和3μm的ZSM-5沸石分子筛目标产物选择性比较低.纳米级的ZSM-5沸石分子筛催化剂在反应中表现出较高的活性及较低的副产物选择性,是适宜的合成气羰基化反应催化剂载体.温度考察结果可知,反应温度为300℃时,效果为最佳.其中, 30～50 nm的ZSM-5沸石分子筛催化剂CO转化率为55%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为52%,而晶粒度3μm时, CO转化率仅为25%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为20%,是30～50 nm沸石分子筛的一半.当反应继续升温时,副产物的选择性也随之增加,是因为所生成的中间产物和甲醇等继续进行各种反应生成二甲醚、芳烃、烷烃以及裂解生成CO_2等干气.     

大晶粒ZSM-5分子筛的合成及其催化性能的研究

ZSM-5分子筛对许多正碳离于反应有优异的择形催化性能。近年来的研究表明,ZSM-5沸石的晶粒大小对其催化活性、选择性和稳定性有显著影响。如对甲苯歧化、甲苯与甲醇的甲基化反应,大晶粒ZSM-5分子筛对生成对二甲苯有较高的选择性。对于二甲笨液相异构化反应,小晶粒ZSM-5沸石具有较高的催化活性和选择性。我们用“直接法”合成了大晶粒(34×116μ)ZSM-5沸石分子筛,比较了不同晶粒大小ZSM-5分子筛催化剂在一些反应中的催化性能。大晶粒ZSM-5分子筛系不用有机胺,直接用水玻璃、硫酸铝、硫酸为原料合成的。用光学显微镜、扫描电镜观察所得分子筛的晶粒外形和大小,取5—6个有代表性的晶粒计算其平均尺寸。用BET重量法测定分子筛对正己烷、环己烷和水的吸附量。用X—射线衍射分析样品的物相。在160—200℃温度范围内考察了晶化温度对晶粒大小的影响,所得结果如表1。     

多孔载体上纯相MgAPO-36和CoAPO-36分子筛膜的合成与表征

<正>分子筛膜具有与常见气体和溶剂分子大小相当的规则孔道结构,良好的热稳定性和催化性能,可用于强化气体混合物分离[1-2]和膜反应过程[3-4]。到目前为止,沸石分子筛膜(如BEA、LTA和MFI型)和磷铝分子筛膜(如AEI、AFI和CHA型)相关的研究工作均有大量报道[5],但ATS型磷酸铝分子筛薄膜的合成与应用研究仍未见公开报导。     

FeCrAl丝网负载FAU沸石膜的制备及其催化性能

采用水热法制备FeCrAl丝网负载FAU沸石膜,考察了合成液老化、载体预涂晶种以及晶种液中添加聚乙烯醇(PVA)等因素的影响,评价了FeCrAl丝网负载FAU沸石膜对模型吸热燃料正辛烷裂解的催化活性。结果表明,载体表面预涂Y分子筛晶种后有助于增加载体表面分子筛负载量,采用老化后的合成液,效果更显著,并且更易在金属丝上生长出一层连续致密的FAU沸石膜。在相同水热合成条件下,载体表面用含PVA的晶种液预涂晶种后,可增加分子筛负载量。正辛烷在FeCrAl丝网负载FAU沸石膜上的初始裂解转化率(7.2%～13.2%,500 ℃)高于其在空白载体上的裂解转化率(4.4%),FAU沸石膜的初始催化活性不仅与载体表面分子筛负载量有关,也与分子筛膜的形貌有关。     

乙醇法合成硼硅Pentasil型分子筛

七十年代,美国Mobil公司^[1]发表了ZSM-5型沸石分子筛的专利,该沸石具有独特的结构和良好的催化性能,在石油化工技术中业已展现出广阔的应用前景.1980年,M.Taramasso^[2]等人用四丙基胺、正硅酸乙酯等原料合成出了四种硼硅分子筛.1981年,作者^[3]在国内首次用有机胶合成出硼硅Pentasil型分子筛(ZSM-5型).本文以水玻璃、白炭黑为硅源,用乙醇取代有机胺,在微量导向剂存在下,合成了硼硅pentasil型分子筛;并用正交实验的方法探讨了合成中诸因素对分子筛结晶度的影响.     

ZSM-5沸石膜内孔结构的研究

以正丁胺 (NBA)为模板剂、利用水热法在α -Al2 O3载体管上成功地合成了ZSM - 5沸石膜。对合成的沸石粉末及沸石膜进行热重分析 ,结果表明ZSM - 5沸石粉末孔道中的模板剂在 390℃和 550℃下分解最快。对膜在不同的焙烧温度下 ,单组份气体N2 、H2 、n -C4 H10 、i-C4 H10 的渗透通量进行了测量 ,结果表明在焙烧过程中 ,膜内主要有两种不同的孔产生 ,低温下晶间孔内的水份和模板剂首先逸出 ,这些孔对气体的选择性不大 ,但它们所占比例也不大。高温下沸石膜的晶内孔相继打开 ,膜的渗透选择性也随之提高。 60 0℃以后 ,膜内孔基本全部打开 ,膜对气体的理想选择性也达到最大。     

澄清溶液体系二次生长法NaA型沸石膜的生长机制及膜厚的控制合成

用晶种涂层二次生长成膜法研究了在含水量不同的澄清溶液合成体系中NaA型沸石膜的生长及沸石膜厚度的控制合成.用SEM,TEM和XRD表征手段分析了沸石膜的形成过程和微结构.在载体表面不涂晶种而直接合成则不易形成连续沸石膜;用晶种涂层二次法可以很容易形成均匀的连续膜.合成液中水量的高低强烈影响沸石膜的生长速率、形成结构和膜的厚度.在高水量(水硅摩尔比为2000)的合成体系中沸石生长速率慢,膜主要通过晶种层中的晶粒长大,交织成膜,且膜只有一层结构;而在低水量(水硅摩尔比为750)的合成体系中沸石生长速率快,膜则通过晶种层表面晶粒向外生长、交织成膜,而膜具有两层结构.通过调变合成液的水量可有效地控制沸石膜层的厚度,并能制得非常均匀、连续的膜.     

高性能AlPO4-14分子筛膜的制备及气体分离性能

制备了高性能的AlPO₄-14分子筛膜. 首先通过控制反应溶胶中水和模板剂的含量制备了形貌均一的AlPO₄-14分子筛, 分子筛的尺寸为15~18 mm; 然后采用晶种法即在反应凝胶中加入分子筛作为晶种进一步调控分子筛的大小, 使得AlPO₄-14分子筛的尺寸从15~18 mm减小到2~3 mm, 得到形貌均一的纯相片状晶体, 同时有效缩短了制备时间; 最后以多孔管状莫来石为支撑体, 采用二次生长法制备AlPO₄-14分子筛膜. 考察了2种不同大小的晶种对膜形貌和性能的影响, 发现以大尺寸的分子筛(15~18 mm)作为晶种制备的分子筛膜的分离层存在较多缺陷, 而采用小尺寸的晶种(2~3 mm)制备的膜层较均一致密. AlPO₄-14分子筛膜经高温脱除模板剂后仍然保持着纯相的AlPO₄-14晶型, 表明二次生长法促进了AlPO₄-14晶体在膜层中的生长且使其具有更高的结晶度和热稳定性. 在25 ℃, 100 kPa下, AlPO₄-14分子筛膜对H₂/CH₄, CO₂/CH₄和H₂/CF₄的理想分离因子分别为28, 40和1047, 且H₂和CO₂的渗透速率分别为6.3×10 ^-7和9×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1; 对等摩尔CO₂/CH₄混合气体的分离因子为81.5, 且CO₂的渗透速率为8.8×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1.     

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。     

ZSM-5沸石大单晶的生长

ZSM-5是近十年来发展的具有广泛应用前景的高硅沸石分子筛。其骨架主要由五元环连结而成,具有十元环孔道(直径约6(?))。空间群为P_nma。大于40μm的均匀完美沸石单晶体,为晶体结构的测定以及与催化性质有密切关系的阳离子交换、扩散、吸附等重要性质的研究所必须。在通常的条件下获得大而完美的沸石单晶体是困难的。单晶的合成,有利于研究沸石晶体的形成与生长机理,是沸石结晶动力学研究的重要课题之一。     

低温加氢裂解脱除高硅ZSM-5分子筛内TPAOH模板剂

分子筛膜的合成和应用是近年来的研究热点, 特别是具有独特孔道结构的MFI 型分子筛膜. 但由于膜内有机模板剂在高温脱除时会导致膜产生缺陷, 进而影响分子筛膜的应用. 所以分子筛膜及分子筛晶体中有机模板剂的低温脱除工艺一直是研究者们致力解决的问题之一. 本文系统考察了高硅ZSM-5分子筛晶体内有机模板剂(四丙基氢氧化铵, TPAOH)在H₂/N₂气氛下的低温裂解脱除规律, 采用低温加氢裂解工艺, 在350 ℃以下可有效脱除分子筛晶体孔道内的有机模板剂. 通过对裂解后分子筛晶体的比表面积(BET)、热失重(TG)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱和拉曼光谱表征证实, 相比于空气和氮气气氛, 含氢还原性气氛更有利于模板剂的低温脱除, 脱除率随温度的升高而增加; 280 ℃时, 加氢裂解后晶体的BET比表面积已达到252 m²·g^-1, 仍有少量有机残余物; 350 ℃时, 加氢裂解后晶体的BET比表面积可达到399 m²·g^-1, 仅有微量无机碳残余物. 此外, 低温加氢裂解后的分子筛表面相对洁净, 且氨气程序升温脱附(NH₃-TPD)结果表明低温加氢裂解后的ZSM-5 分子筛晶体具有相对较多的酸性位.     

Gas permeation characteristics of a hydrogen selective supported silica membrane

A highly hydrogen permeable silica membrane, referred to as Nanosil, was obtained by chemical vapor deposition of a thin SiO₂ layer on a porous Vycor glass support. This composite membrane showed good permeance (10⁻⁸ mol m⁻² s⁻¹ Pa⁻¹) for the small gas molecules (He, Ne, and H₂) at 873 K with high selectivity (10⁴) over other larger gas molecules (CO₂, CO, and CH₄). The characteristics of gas transport on the Vycor and Nanosil membrane were investigated with several gas diffusion models. The experimental gas permeation data on Vycor glass could be explained by the occurrence of Knudsen diffusion in parallel with surface diffusion. The permeance of the small gas molecules (He, Ne, and H₂) on the Nanosil membrane was activated, and increased as temperature increased. However, this permeance was limited at high temperature because of the limited permeance on the Vycor support. The gas permeance on the deposited silica layer was obtained by applying a series analysis of gas permeation on the combined silica layer and Vycor support composite system. The order of permeance through the silica layer was He>H₂>Ne which was the same as that through vitreous silica glass, but occurred with lower activation energies. The order of permeation of these small gas molecules did not follow either mass or molecular size but could be explained using a statistical gas permeance model.     

Preparation and characterization of alumina supported silicalite membranes by sol–gel hydrothermal method

Two types of unsupported zeolites (silicalite-1 and silicalite-2) and porous alumina discs supports were prepared by the hydrothermal sol–gel synthesis method. The influence of the raw materials used as SiO₂ source, the temperature of the thermal treatment and the presence of the ceramic support on the crystallization of zeolites were studied. The reaction products were characterized by X-ray diffraction (XRD), IR spectroscopy (IR) and scanning electron microscopy (SEM) studies. The SiO₂ source had a significant effect on the final zeolite obtained: the use of colloidal silica sol (ZCS) as SiO₂ source in the synthesis led to ZSM-11 (silicalite-2) crystals, while the sodium silicate solution (ZSS) produced the ZSM-5 (silicalite-1) type. The presence of the alumina support influences the crystallization process of ZSM-5, as it improves nucleation and the ordering of the crystals.     

含铁微孔EU-1/ZSM-5复合分子筛的合成和表征

采用预置晶种法合成了含铁的微孔EU-1/ZSM-5复合分子筛,并采用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重-微分热重(TG-DTG)、N₂吸附-脱附、紫外-可见吸收光谱(UV-vis DRS)、X射线吸收精细结构(XAFS)等手段进行了表征。结果表明,复合分子筛具有EU-1和ZSM-5的特征衍射峰,是两种晶相相互作用的分子分散晶相材料,微孔孔径较Fe-EU-1分子筛有所增大。随原始溶胶中铁的质量分数增加,复合分子筛具有的23.09°和23.94°处的特征衍射峰逐渐向低角度方向偏移;紫外-可见漫反射谱图中在220~245 nm出现了宽的吸收谱带;XAFS表征表明,1s→3d电子跃迁的弱吸收峰逐渐增强,同时在吸收边顶部出现的1s→4p吸收峰逐渐由宽变窄。合成工艺的最佳条件为,原始溶胶中铁的质量分数为0.075%~0.15%,晶种添加比例为15.0%~21.0%,晶种SiO₂/Al₂O₃物质的量比为50~60。     

Tertiary amine-mediated synthesis of microporous carbon membranes

Microporous carbon membranes were prepared on an -alumina support by a pyrolysis of cationic tertiary amine/anionic polymer composites. The precursor solutions contain a thermosetting resorcinol/formaldehyde (RF) polymer and a cationic tertiary amine. Three types of cationic tertiary amines with different chain lengths were used, such as tetramethlammonium bromide (TMAB), tetrapropylammonium bromide (TPAB) and cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). A porous structure was produced by a decomposition of the amine and the resulting pores assisted the further gasification of the RF polymer at high temperature. The carbon/alumina membranes have thin and continuous carbon top layers with a thickness of 1 μm. Gas permeation tests were performed using single gases of CO₂, O₂, N₂, CF₄, n-C₄H₁₀ and i-C₄H₁₀, as well as binary mixtures of CH₄/n-C₄H₁₀ and N₂/CF₄ at different temperatures between 23 and 150 °C. The carbon membrane prepared using TMAB showed separation factors higher than 650 for the CH₄/n-C₄H₁₀ mixtures and higher than 8100 for the N₂/CF₄ mixture. From the permeation of pure gases with different molecular sizes, the pore sizes of the carbon membrane prepared using TMAB, TPAB and CTAB are estimated to be 4.0, 5.0 and larger than 5.5 Å, respectively, indicating that the micropore size of the carbon membranes is controllable by using different amines.     

Novel CO2 selectively permeating membranes containing PETEDA dendrimer

Pentaerythrityl tetraethylenediamine (PETEDA) dendrimer was synthesized from pentaerythrityl tetrabromide and ethylenediamine. Its molecular structure was characterized by elemental analysis, Fourier transform infrared resonance (FT-IR) and hydrogen nuclear magnetic resonance (¹H NMR) spectroscopy. The composite membranes for selectively permeating CO₂ were prepared by using PETEDA-PVA blend polymer as the active layer and polyethersulfone (PES) ultrafiltration membrane as the support layer and their permselectivity was tested by pure CO₂ and CH₄ gases and the gas mixture containing 10 vol.% CO₂ and 90 vol.% CH₄, respectively. For pure gases, the membrane containing 78.6 wt% PETEDA and 21.4 wt% PVA in the blend has a CO₂ permeance of 8.14 × 10⁻⁵ cm³ (STP) cm⁻² s⁻¹ cmHg⁻¹ and CO₂/CH₄ selectivity of 52 at 143.5 cmHg feed gas pressure. While feed gas pressure is 991.2 cmHg, CO₂ permeance reaches 3.56 × 10⁻⁵ cm³ (STP) cm⁻² s⁻¹ cmHg⁻¹ and CO₂/CH₄ selectivity is 19. For the gas mixture, the membrane has a CO₂ permeance of 6.94 × 10⁻⁵ cm³ (STP) cm⁻² s⁻¹ cmHg⁻¹ with a CO₂/CH₄ selectivity of 33 at 188.5 cmHg feed gas pressure, and a CO₂ permeance of 3.29 × 10⁻⁵ cm³ (STP) cm⁻² s⁻¹ cmHg⁻¹ with a CO₂/CH₄ selectivity of 7.5 at a higher feed gas pressure of 1164 cmHg. A possible gas transport mechanism in the composite membranes is proposed by investigating the permeating behavior of pure gases and the gas mixture and analyzing possible reactions between CO₂/CH₄ gases and the PETEDA-PVA blend polymer. The effect of PETEDA content in the blend polymer on permselectivity of the composite membranes was investigated, presenting that CO₂ permeance and CO₂/CH₄ selectivity increase and CH₄ permeance decreases, respectively with PETEDA content. This is explained by that with increasing PETEDA content, the carrier content increases, and the crystallinity and free volume of the PETEDA-PVA blend decrease that were confirmed by the experimental results of X-ray diffraction spectra (XRD) and positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS).