沸石分子篩膜

沸石介紹

沸石是一種具有規(guī)則孔道結(jié)構(gòu)的晶體,而且耐高溫、抗化學(xué)和生物腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高,所以在分離、催化等方面具有很好的發(fā)展前景. 而將沸石制備成厚度為微米級(jí)的薄膜可以實(shí)現(xiàn)分子的分離，即根據(jù)分子大小的不同實(shí)現(xiàn)分離。對(duì)于沸點(diǎn)接近或具有共沸點(diǎn)的混合物的分離,傳統(tǒng)的精餾、萃取等技術(shù)能耗較大,且操作復(fù)雜. 而沸石由于孔道大小與大多數(shù)分子的大小接近,可以利用分子篩分的原理分離上述的混合物體系.比如說有研究者利用無模板劑法合成了Silicalite - 1 沸石膜,并將其應(yīng)用于分離摩爾比為1∶1 的對(duì)二甲苯和鄰二甲苯混合物,50 ℃下其分離系數(shù)達(dá)50 ～ 60. 而日本Mit sui Engineering andShipbuilding Co. Ltd. 公司則將NaA 型沸石膜應(yīng)用于醇/ 水混合物的分離并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。2100433B

沸石分子篩是一類具有規(guī)則微孔結(jié)構(gòu)的硅鋁酸鹽晶體，其不僅具有一般無機(jī)膜材料的固有的物理化學(xué)特性，更為優(yōu)異的是，其均一的規(guī)則的、具有特定的空間走向的結(jié)晶孔道系統(tǒng)以及可調(diào)變的骨架Si/Al比等特性賦予沸石分子篩膜擁有篩分、擇形功能特性和可調(diào)變的膜的表面特性，使其成為實(shí)現(xiàn)分子水平上高效分離及膜催化反應(yīng)一體化的優(yōu)良多孔膜材料，是最具潛力最有前途的膜材料之一。自20世紀(jì)90年代，沸石分子篩膜的制備和應(yīng)用研究在國(guó)際上得到了高速發(fā)展，沸石膜研究成為膜科學(xué)與技術(shù)的研究熱點(diǎn)和前沿。

沸石分子篩膜中的傳質(zhì)機(jī)理主要是表面擴(kuò)散和活性化擴(kuò)散。表面擴(kuò)散包括吸附和擴(kuò)散過程，即首先分子從分離體相進(jìn)入沸石分子孔表面，吸附在表面上和孔中，吸附在表面和孔中的分子在化學(xué)勢(shì)的梯度下，從一個(gè)吸附點(diǎn)躍遷至空位或另一個(gè)吸附點(diǎn)，在膜的透過側(cè)脫附擴(kuò)散進(jìn)入滲透相。活性化擴(kuò)散是分子與膜材料表面的吸附作用弱，體相分子進(jìn)入孔后，直接在孔中擴(kuò)散的過程。因此，沸石分子篩膜分離選擇性由于分子吸附和擴(kuò)散的差異而導(dǎo)致不同，沸石膜材料的表面特性、孔道結(jié)構(gòu)與分子的特性如大小與極性是 決 定 了 膜 的 分 離 性 能。另 一 方面，支撐沸石膜的有效分離層由一多晶沸石層構(gòu)成的，由于是多晶層，因此多晶層的厚度、連續(xù)性、多晶間隙、取向等微觀結(jié)構(gòu)是決定沸石膜的分離效果的根本因素。與其它膜材料同樣，高性能沸石膜開發(fā)的關(guān)鍵任務(wù)在于依據(jù)分離體系的分子特性進(jìn)行膜材料的設(shè)計(jì)和膜的微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控。