热浸渍晶种法制备高重复性NaA分子筛膜.doc.doc

热浸渍晶种法制备高重复性ＮａＡ分子筛膜 刘　红１，罗钢元１，周志辉１，２，罗益韦１，王金渠２ （１．武汉科技大学冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，湖北 武汉，４３００８１；２．大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁 大连，１１６０１２） 摘 要：利用热浸渍法和打磨法引入晶种合成ＮａＡ分子筛膜，将合成的ＮａＡ分子筛膜应用于乙醇／水混合体系，研究进料温度、进料侧压力及进料流量等对其分离性能的影响。结果表明，进料温度升高，渗透通量和分离因数呈增大趋势；进料侧压力增大，渗透通量增加，分离因数减小；进料流量增大，渗透通量明显增大，分离因数未发生明显变化。进料温度为７５℃、进料侧压力为１００ｋＰａ、相对真空度接近－０．１ＭＰａ、进料流量为１６Ｌ／ｈ时，所得ＮａＡ分子筛膜的渗透通量和分离因数分别为１．０８ｋｇ·ｍ－２·ｈ－１和３　３３８，此时用于乙醇／水混合体系分离效果最佳。ＮａＡ分子筛膜的重复性高达８０％。 关键词：ＮａＡ分子筛膜；热浸渍法；渗透蒸发；乙醇脱水 分子筛膜研究已成为当前新兴无机膜材料研究 的 活 跃 领 域，其 主 要 类 型 有：ＬＴＡ型（ＮａＡ）［１－２］、ＭＦＩ型［３－４］、ＦＡＵ型（ＮａＹ，ＮａＸ）［５－７］、ＭＯＲ型 （Ｍｏｒｄｅｎｉｔｅ）［８］、ＤＤＲ型［９］、Ｂｅｔａ型［１０］等。 ＮａＡ型分子筛是一种具有三维孔道结构的分子筛，其孔口由八元环围成，直径为０．４１ｎｍ，较工业上常用的有机物分子动力学直径小，是目前为止人工合成亲水性最强的分子筛，其在有机物脱水、渗透、蒸发方面有着广泛的应用［１１］。制取含醇９９．８％以上的无水乙醇，目前采用的是萃取精馏、恒沸精馏或加盐精馏等方法，这些方法工艺复杂、能耗高、污染严重。采用渗透蒸发法较之传统的方法可节能１／２～２／３，且避免了对产品和环境造成的污染［１２］。 本文以α－Ａｌ２Ｏ３陶瓷管为载体，利用热浸渍法和打磨法在载体管外表面预涂晶种，通过水热合成ＮａＡ分子筛膜，将ＮａＡ分子筛膜用于乙醇／水混合体系，研究进料温度、进料侧压力及进料流量等对其分离性能的影响。 １　实验 １．１　试剂及仪器 α－Ａｌ２Ｏ３载 体：管 外 径１２ ｍｍ，管 内 径８ｍｍ，平均孔径２～３μｍ，孔隙率３０％～４０％，管长２５０ｍｍ；工业品级铝酸钠（５０％Ａｌ２Ｏ３＋３８％Ｎａ２Ｏ）；工业品级硅溶胶（２５．５％ＳｉＯ２＋０．０４５％Ｎａ２Ｏ）；氢氧化钠（分析纯）；无水乙醇（分析纯）；去离子水；ＴＯＣ分析仪（Ａｐｐｌｌｏ　９０００）；蒸发装置；预涂晶种装置；液氮；Ｄ／ｍａｘ－２４００型Ｘ－射线衍射仪（日本理学）；Ｎａｖａ４００Ｎａｎｏ型扫描电子显微镜（德国ＦＥＩ公司）。 １．２　ＮａＡ分子筛原粉制备 采用原位水热 合成法制 备ＮａＡ分子筛原粉［１３－１４］。反应 混 合 物 中 各 物 质 的 摩 尔 比 为：ｎ（Ｎａ２Ｏ）∶ｎ（Ａｌ２Ｏ３）∶ｎ（ＳｉＯ２）∶ｎ（Ｈ２Ｏ）＝３．５∶１．０∶２．０∶１３０。反应装置为不锈钢反应釜，晶化温度为１００℃，晶化时间５ｈ。对所得分子筛通过过滤洗涤，于１００℃下真空干燥１０ｈ，即得到白色分子筛粉末。 １．３　载体预处理及预涂晶种 １．３．１　载体预处理 对α－Ａｌ２Ｏ３载 体 管 外 表 面 分 别 用６００＃、８００＃砂纸打磨（流水中），至外表面光滑后用超声波清洗去孔内松散粒子，室温晾干，５０～１００℃下烘干，在马弗炉中以４～６ ℃／ｍｉｎ速率升温至５５０℃，煅烧２ｈ后备用。 １．３．２　预涂晶种 １．３．２．１　热浸渍法 先将ＮａＡ分子筛原粉与去离子水按一定比例配制成１ｇ／Ｌ的晶种溶液 ，再将预处理后的α－Ａｌ２Ｏ３载体管两端用聚四氟乙烯密封，置入烘箱中于１７５℃下烘４ｈ，取出后立即浸渍到配制好的晶种水溶液中。引入晶种时，分两次先后对载体管两端反复涂敷晶种溶液，每次涂敷时间为１５ｓ，将涂有晶种的载体管于室温下晾干，置入马弗炉，以１ ℃／ｍｉｎ速率升温至２５０ ℃，煅烧２ｈ后自然降至室温，放入干燥器中保存待用。 １．３．２．２　打磨法 用脱脂棉蘸ＮａＡ分子筛原粉涂敷预处理过的α－Ａｌ２Ｏ３载体管，反复涂敷两次，每次１ｍｉｎ，涂敷后置于１００ ℃的烘箱中烘２ｈ，自然冷却备用。 １．４　ＮａＡ分子筛膜合成 将一定量的铝酸钠、硅溶胶、氢氧化钠和去离子水按摩尔比为ｎ（Ｎａ２Ｏ）∶ｎ（ＳｉＯ２）∶ｎ（Ａｌ２Ｏ３）∶ｎ（Ｈ２Ｏ）＝２∶２∶１∶１２０配制成溶胶，室温下搅拌４ｈ得到合成液，用聚四氟乙烯将预涂有晶种的载体管两端密封，垂直放入不锈钢晶化釜中，缓慢倒入合成液，１００ ℃下恒温晶化３ｈ，对合成的ＮａＡ分子筛膜用去离子水反复冲洗至中性，置于烘箱中，５０～１００℃下烘至表面水干，反复合成４次。 １．５　ＮａＡ分子筛膜的表征 通过ＸＲＤ分