文 献 综 述

1．前言

传统的正/异丁烷的分离工艺一直以来能耗大，成本高，因此，各国目前都在研发高效经济的分离技术。膜法正/异丁烷气体分离是目前气体膜分离领域研究的热点和重点^[1]。膜分离技术作为一种新型、高效的分离方法，具有节能高效、无二次污染、设备简单易操作、可实现连续分离等优点，相比于传统的分离方法，膜分离技术在某些领域可以取而代之^[2]。

沸石分子筛是一类由硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧原子相互连接成骨架结构、并具有均匀晶内孔道的晶态微孔材料。通常，天然的和人工合成的沸石分子筛指的是硅铝酸盐^[3]。

MFI型沸石分子筛膜是沸石分子筛膜的一种，它具有孔径均一、硅铝比可调、耐高温、耐腐蚀等特性：同时具有极高的硅铝比，在催化反应、渗透蒸发、气体分离方面都有着广阔的应用前景^[4]。

MFI型沸石分子筛膜主要用于分离二甲苯、乙醇/水、H₂/CO₂ 、H₂与烷烃以及丁烷的同分异构体。因为其特殊的孔径结构，在气体分离中应用前景较好，尤其是诸如丁烷同分异构体、二甲苯同分异构体、以及苯乙烷脱氢至苯乙烯耦合膜反应体系等大分子物质。对于大分子来说，虽然MFI分子筛膜具有很好的分离选择性，但其通量往往在10 ^-10~-8mol m^#8722;2 s^#8722;1 Pa^-1 ，是制约其工业应用的主要原因。制备高选择性和高通量的MFI膜是目前研究的热点^[5]。对于小分子气体，MFI分子筛膜具有很高的通量，但选择性较低。

2．MFI分子筛膜的结构及性能

沸石分子筛由于结构形貌可调，水热稳定性和强酸性较高，在石油加工、精细化工、催化、吸附分离等领域具有广泛的应用。但沸石分子筛也存在一定的结构局限性，如孔径小、扩散路径长等。MFI型沸石分子筛膜分为ZSM-5和Silicalite-1两种，具有相同的骨架结构，每晶胞中有两组十元环直孔道及两组十元环弯曲孔道，孔径分别为0.54 #215; 0.56nm及0.51 #215; 0.55nm，孔容积0.18cm³/g，硅沸石膜结构中缺少强静电吸附中心阳离子，主要吸附是由Si#8212;O#8212;Si组成的微孔表面起作用，表现出强烈的疏水#8212;亲有机物特性^[6]。ZSM-5分子筛膜具有较好的择形催化性能，且水热稳定性及化学稳定性较佳。Silicalite-1分子筛膜不仅稳定性好，疏水特性也极好。这类分子筛的有效孔径为0.5-0.6nm，而烷烃分子的动力学直径为0.46-0.6nm，芳烃中苯、对二甲苯分子的直径为0.45-0.6nm，因此在从甲烷、甲醇、合成气制烃类或者芳烃，芳烃的烷基化、歧化、异构化等催化反应中，以及大分子气体和小分子气体（H₂/CO₂）的分离体系中，MFI型分子筛膜具有良好的择形筛分作用^[7]。片层分子筛不仅可以有效缩短扩散路径，提高传质扩散速率，也可以通过焙烧或改性获得介孔，减小反应扩散阻力，从而提高催化反应的反应速率^[8]。

3．MFI分子筛膜的的合成方法

分子筛膜的合成方法一般有原位水热合成、气相合成法、后合成法、微波合成法、间接生长法以及二次生长法等。制备MFI分子筛膜的两种常用方法是原位水热合成法以及在取向晶种层上的二次生长法。