分子筛膜分离技术的研究进展

分子筛膜分离技术的讨论进度1. 分子筛概述 分子筛是具备规整孔道结构的微孔晶体材料。自 1756 年首次发现天然分子筛 Stilbite 后，已确定结构的分子筛有 114 种。分子筛已广泛地应用于吸附、离子交换、催化等领域。分子筛的物理性质(如孔径、孔容、孔的形状、硅铝比、酸性等)决定其性能。构成分子筛的骨架元素是硅、铝及配位的氧原子。当中的铝或硅可以用磷、镓、铁、钛等元素取代形成杂原子型分子筛。分子筛这种骨架元素可取代的特性也预示着对分子筛的改性是丰富多样的。硅铝分子筛骨架的最基本单位是硅氧四面体和铝氧四面体。当分子筛由硅氧四面体组成时，其骨架呈电中性。此时的分子筛表现为疏水性。当有铝氧四面体时，其骨架就呈负电性。随着硅铝比的减小，其亲水性增强。2. 分子筛膜分离有机物/水的讨论和应用 Silicalite 沸石膜中不含有 Al,具备憎水、亲有机物的性质,可在水的存在下选择吸附有机分子。特别对于乙醇-水混合物,Silicalite 沸石膜对乙醇具备高的选择性,为无水乙醇的制备提供了可靠的理论依据。T.Sano 等用 Silicalite 沸石膜讨论乙醇-水体系的分离，乙醇-水的分离因子达 58。A.Ishikawa 等在多孔玻璃上制备孔径为 0.3～0.5 nm 的 Silicalite 沸石膜,用于醇类的气相脱水，其分离因子高达 500 以上，50%的乙醇水溶液渗透侧水的质量分数高达 99%以上。R.E.Dolle 发现利用 Silicalite 沸石膜从水中分离甲醇、乙醇、丙酮、丁酮，在 303～323 K 范围以内,甲醇、乙醇、丙酮和丁酮最大的分离因子分别为 16、43、255 和 146，通量为 0.15~1.3 kg/(m·2h)。A.Ishikawa 等用合成的 NaA 分子筛膜讨论了水-乙醇、水-丁醇的分离,在 352～362 K 时,分离因子达到 2499 和 1633,通量分别为 0.1、0.719kg/(m·2h)。黄爱生等采纳抽空涂晶二次生长法合成的 A 型分子筛膜有很好的渗透汽化性能，m(C3H8O)/m(H2O)=95∶5 混合物在 323 K 和 343 K 时的分离系数都超过 10000，渗透量分别为 1.27 kg/(m2·h)和 1.74kg/(m2·h),具备很好的工业应用前景。1983 年第一套工业 PV 装置采纳的是有机膜，与 20 世纪 90 年代初讨论开发的 NaA 型分子筛膜相比，有机膜的通量小，化学稳定性和热稳定性较差，但膜组件的价格比较低。然而 NaA 型分子筛膜的高通量、较长的使用期限会大大降低它的渗透汽化操作成本，补偿其较高的膜组件成本，采纳 Na 型分子筛膜的渗透汽化操作成本仅为 PVA...