随着工业的快速发展，国内外市场对有机溶剂的需求与日俱增，包括醇类、酯类、醚类、芳香烃等在内的有机溶剂广泛应用于能源、生物医药、有机合成等领域，在国民经济发展中发挥着重要的作用。2010年我国有机溶剂的产量为6500万吨，2013年其产量上升至8000万吨，而需求量总量则高达1亿吨以上。2013 年我国异丙醇产能为60.4万吨，乙酸产能为1000万吨，乙酸乙酯产能为312.5万吨，乙二醇产量达到180万吨，正丙醇产能约18.57万吨，乙腈产能约9万吨。然而，大多数有机溶剂与水容易形成共沸物或近沸物，采用常规的精馏、吸附、碱脱水等分离技术不仅存在能耗高、工艺流程复杂、效益低下等缺点，而且可能使用对环境有害的添加剂，带来环境污染等问题。例如，异丙醇-水体系的传统分离工艺是苯共沸精馏，该工艺不仅设备投资大、能耗高，而且产品中还有0.5 wt.%的苯无法脱除，严重危害人身健康和环境^[1]。开发高效的有机溶剂脱水技术是提升有机溶剂生产效率和循环利用率的关键。将膜分离技术应用于化学溶剂的生产，不但能够降低高纯溶剂的生产成本，而且有望突破传统生产工艺的限制，提升反应速率和产率。

用于有机溶剂脱水渗透汽化膜材料主要包括有机高分子膜和无机膜。有机高分子膜研究相对较早，目前工业化的膜材料为聚乙烯醇（PVA），该类膜材料具有韧性高、价格低廉等优点，但存在易溶胀、热化学稳定性差、渗透通量和选择性低等缺点，使其应用领域受到限制。沸石分子筛膜是一类具有规则微孔道结构的无机膜材料，主要成分为硅铝酸盐，利用孔道的选择性吸附-扩散和筛分特性实现组分的分离，表现出高的渗透通量、选择性和稳定性，成为新一代有机溶剂透水膜材料。透水性分子筛膜材料主要有NaA 型、CHA 型、T 型、ZSM-5 型、MOR 型等，应用体系涉及醇类、酯类、醚类、酮类、芳香烃等大多数有机溶剂体系。其中，NaA型分子筛膜的研究最为广泛，目前日本三井造船公司、英国Smart Chemical公司、德国Inceramic GmbH公司和中国江苏九天高科技有限公司已经成功实现了NaA型分子筛膜的工业推广应用^[2,3]。

NaA型分子筛骨架中的Si/Al比为1，具有较强的亲水特性；但是，在酸性或高水含量条件下，NaA型分子筛膜中的Al元素发生淋溶而导致分子筛骨架坍塌，从而失去分离性能，因此实际应用过程中需严格控制料液水含量小于30 wt% ^[4]，严重限制了NaA型分子筛膜在高水含量体系中的应用。为了简化分子筛膜渗透汽化脱水工艺流程、拓宽分子筛膜渗透汽化脱水应用领域，近十几年来研究者都致力于高稳定性分子筛膜的开发。

CHA分子筛膜的硅铝比为2-∞可调，室温下对水的吸附能力大于对乙醇的吸附，是溶剂脱水较理想的分子筛膜材料。目前已经有大量工作报道了CHA分子筛膜的制备及其应用。2002年，Kalipcilar 等人^[5]以TMAdaOH为模板剂，成功合成了高硅CHA分子筛膜。较高的硅铝比使得CHA分子筛膜在硝酸脱水中表现出了良好的稳定性，同时制备的CHA分子筛膜可实现二氧化碳和甲烷等气体的分离，然而因需要使用大量昂贵的模板剂，其工业应用受到了限制。为了降低膜的合成成本，Sato等人^[6]通过对合成条件的优化，减少了TMAdaOH模板剂用量，成功制备了高硅CHA分子筛膜，并建成了管式CHA分子筛膜小试装置。而根据实际应用报告，其可以在130℃下用于50 wt.% NMP脱水稳定运行6个月以上。另外科研工作者们尝试使用价格低廉的模板剂合成CHA分子筛膜，如Yamanaka等人^[7]使用BTMAOH为模板剂，成功制备了高硅CHA分子筛膜，其在50 wt.%醋酸脱水时，通量达8 kg#183;m^#8722;2#183;h^#8722;1，选择性为2500，膜连续运行7天后仍然保持性能稳定；然而模板剂的使用使其工业应用困难。为了降低CHA分子筛膜的生产成本，科研工作者们开展了无模板剂合成CHA分子筛膜的研究，如Hasegawa 等人^[8-11在合成液中添加硝酸锶，成功制备了高性能中空纤维CHA分子筛膜，其通量达14 kg#183;m^-2#183;h^-1，选择性超过10000，并实现了其在酯化反应中的应用，然而因该方法需要使用Sr² ，其不仅价格较贵，且容易产生环境污染，因此其工业应用价值不高；Li 等人在K 体系中制备了管式CHA分子筛膜^[12，表现出了较高的通量和选择性；我国江西师范大学陈祥树课题组采用T型晶种诱导，在不锈钢载体上成功制备了CHA分子筛膜^[13]并表现出良好的分离性能和水热稳定性。顾学红课题组同样在莫来石载体上制备了高性能的CHA分子筛膜并表现出了良好的酸稳定性^[14]。目前，虽然制备了高性能的CHA分子筛膜，并对其酸稳定性有了一定的了解，然而对膜的水热稳定性研究较少，同时对膜层估计硅铝比对膜水热稳定性的影响无文献报道，因此研究CHA分子筛膜在高水含量体系中的稳定性以及不同膜硅铝比对膜稳定性的影响是非常重要的，该研究有助于解决CHA分子筛膜在实际应用中的问题，同时有助于建立合适的生产装置以提高膜的运行效率，从而降低溶液生产或回收成本。

[参考文献]

[1] 付正立.化工时刊. 2010, 24, 55-60.

[2] Y. Morigami, M. Kondo, J. Abe, H. Kita, K. Okamoto. Sep. Purif. Tech., 2001, 25, 251.

[3] Kondo, M.; Yamamura, T.; Yukitake, T.; Matsuo, Y.; Kita, H.; Okamoto, K.-i. Sep. Purif. Technol. 2003, 32, 191-198.

[4] Pera-Titus, M.; Llorens, J.; Cunill, F. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 2009, 48, 1072-1079.

[5] H. Kalipcilar, T.C. Bowen, R.D. Noble, J.L. Falconer, Chem. Mater. 2002, 14, 3458-3464.