摘 要

采用浸渍提拉法将获得的微米级T型分子筛晶种涂覆于四通道氧化铝中空纤维支撑体上，继而通过二次生长法制备T型分子筛膜。系统考察了合成时间、合成温度等对分子筛膜微结构和渗透汽化脱水性能的影响，并通过SEM、XRD和渗透汽化等方法对所制备的分子筛膜进行了表征。结果表明，合成温度为150 ºC，合成时间为10 h，有利于高质量膜的制备；且该方法具有很好的重复性。75 ºC下，分别对90 wt.%乙醇/水混合物进行渗透汽化脱水，其通量分别为3.15 kg· m^-2· h^-1，分离因子可达526以上。同时，在PH~3的酸性环境下，可稳定运行500 h，具有良好的耐酸性能。该研究为T型分子筛膜的规模化制备和渗透汽化过程应用领域的拓展奠定了坚实的基础。

关键词：四通道中空纤维 T型分子筛膜 渗透汽化

Abstract

The obtained micron-sized T-type molecular sieve seeds were coated on a four-channel aluminum oxide hollow fiber support by a dipping and pulling method, and a T-type zeolite membrane was then prepared by a secondary growth method. The effects of synthesis time and synthesis temperature on the microstructure and the pervaporation dehydration performance of zeolite membranes were investigated systematically. The prepared zeolite membranes were characterized by SEM, XRD and pervaporation. The results show that the synthesis temperature is 150 ºC and the synthesis time is 10 h, which is beneficial to the preparation of high quality films. The method has good repeatability. The pervaporation dehydration of 90 wt.% ethanol/water mixture was carried out at 75 ºC, with a flux of 3.15 kg· m^-2· h^-1 and a separation factor of 526 or more. At the same time, under the PH~3 acidic environment, it can run stably for 500 h and has good acid resistance. This study lays a solid foundation for the large-scale preparation of T-type zeolite membranes and the expansion of the application of pervaporation processes.

Key words: four-channel hollow fibers; T-type zeolite membrane; pervaporation

目 录

摘 要 i

Abstract ii

第一章 文献综述 1

1.1 渗透汽化技术简介 1

1.1.1 分离原理 1

1.1.2 过程特点 2

1.1.3 渗透汽化技术的应用 2

1.2 合成方法 2

1.2.1 原位合成法 2

1.2.2 二次合成法 2

1.3 T型分子筛膜 3

1.3.1 T型分子筛 3

1.3.2 T型分子筛研究现状 3

第二章 实验部分 5

2.1 实验内容 5

2.1.1 实验仪器与试剂 5

2.1.2 T型分子筛晶种的制备 5

2.1.3 T型分子筛膜的制备 6

2.1.4 渗透汽化实验 7

2.1.5 物相表征 8

2.2 结果与讨论 8

2.2.1 T型分子筛晶种的表征 8

2.2.2 合成参数的优化 9

2.2.3 渗透汽化稳定性研究 13

第三章 结论 16

参考文献 17

致 谢 21

第一章 文献综述

1.1 渗透汽化技术简介

渗透汽化(Pervaporation)是人们经过长期观察膜现象发现膜材料所具有的功能之一。其原理是利用混合多元体系中不同组分具有不同的物理性质，所以体系中不同组分透过膜的扩散和溶解速率的会不同，对膜两侧加以分压差，从而推动体系中不同组分分离。渗透汽化技术是一种新型膜技术，渗透汽化技术设备投资以及及操作费用较低，分离过程易于控制、设备操作简单，而且不受多元分离体系汽液平衡的限制，单级分离效率极高，在分离过程中仅渗透组份（渗透速率较快的组分）发生相变，以致大量的过程能耗被节约下来，所以此技术能够以较低的能耗实现传统的分离技术难以完成的分离任务^[1]。由于渗透汽化技术能耗极低，所以该技术的工业应用在缓解资源、能源和环境问题中将发挥关键作用，因此渗透汽化技术被称为新世纪化工领域最有发展前途的技术^[2]。

1.1.1 分离原理

如图1-1所示，溶液被渗透汽化致密膜层分为渗透侧与料液侧两个区间，料液从膜层上游进入，从而流过膜面，由于料液中各组分的物理化学性质存在差异，因此在膜的两侧组分分压差的推动下，渗透较快的组分（渗透组分）将大量透过膜层，并且在此过程中发生相变，汽化后以蒸汽形式进入渗透侧，较难渗透通过的组分（剩余组分）被膜层截留在料液侧，而后以渗余物的形式流出，渗透过程中相变所需的相变热一般由原料液的显热提供^[3]。

图1-1渗透汽化膜分离技术基本原理示意图

1.1.2 过程特点

渗透汽化技术这种技术有着传统分离技术所没有的一些优点，其优点主要有三大点：(1) 能源消耗低；(2) 分离出的产品质量很高，特别是在制药这方面，国家对药品的要求都是很高的，但是用传统分离技术制药时，不可避免的会发生一些药品污染，而渗透汽化膜分离技术其极高的选择性，使得药品的安全性大大提高；(3) 操作十分简单，就拿我自己的毕业设计实验来说，我只听学姐讲了一遍此技术就会了。所以渗透汽化技术作为一种新型的分离技术，很好地体现了社会效益与经济效益的相统一。

1.1.3 渗透汽化技术的应用

渗透汽化技术是一种新型的分离技术，由于其绿色环保且操作简单的优点，他在很多领域都有应用，特别是在医药领域。由于药品的生产过程中要大量使用有机溶剂，所以这些有机溶剂的回收利用就成了一个问题。而渗透汽化技术很好的契合了有机溶剂回收这个问题。比如在阿莫西林生产过程中多次使用了乙醇试剂，其含水量逐步上升，渗透汽化技术有效的对混合体系中的水进行了提取，因此提高了医药的回收率。此外还有：(1) 分离水中有机物；(2) 对有机混合物进行分离；(3) 其他工艺与渗透汽化技术相结合。