摘要
随着氢气在化工生产，石油精炼，以及二次能源方面需求量不断地增加，而氢气的生产主要来自于合成气分离，氨气和甲醇的分解。因此，氢气的分离和纯化技术是制约氢气生产的关键环节。膜法气体分离做为一种节能高效、清洁环保的新型分离技术，已经成为一种应用前景良好的氢气分离技术。分子筛由于其孔径一致且分子水平大小以及具有良好的热、机械和化学稳定性，被认为是理想的膜材料，其中一些分子筛已经被合成为分子筛膜。因此，探究合适的分子筛膜分离氢气具有重要意义。本文主要研究方沸石分子筛及其膜的合成及其表征，具体内容如下: 1.研究了以n(SiO2)∶n(Al2O3)∶nNa2O∶n(H2O)=11.5∶1.0∶8.0∶900为溶胶配比老化24 h，采用原位水热法，在150℃下方沸石的晶化过程。通过X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM)，傅里叶变换红外光谱(FTIR)，比表面积和孔径分析仪，固体核磁共振谱仪(NMR)和透射电子显微镜(TEM)表征手段探究了方沸石的晶化机理。在方沸石晶化过程中，首先形成NaP分子筛，延长晶化时间逐渐转变成方沸石分子筛。 2.研究了采用二次生长法在大孔的莫来石载体上制备方沸石分子筛膜的影响参数，系统考察了老化时间，溶胶碱度，硅铝比，晶化温度，晶化时间等条件对合成的分子筛膜的气体渗透性能的影响。采用XRD和SEM表征了在不同条件下所合成的分子筛膜的晶体生长情况。优化的最佳合成条件为溶胶配比n(Na2O)∶n(Al2O3)∶n(SiO2)∶n(H2O)=25.0∶1.0∶11.5∶8750，老化时间12 h，晶化温度150℃，晶化时间4h。在最佳条件下合成的分子筛膜在室温下，氢气的渗透率为1.53×10-8 mol m-2s-1 Pa-1，H2/CO2气体分离因子为23.9。 3.采用廉价的硅藻土和高岭土为硅源和铝源，以莫来石为载体，通过二次生长法合成了方沸石分子筛膜。考察了溶胶碱度、晶化温度和晶化时间对方沸石分子筛膜晶体生长情况和气体分离性能的影响。优化的合成条件为溶胶配比n(SiO2)∶n(Al2O3)∶n(Na2O)∶n(H2O)=1.0∶0.08∶2.0∶400，老化时间12h，晶化温度150℃，晶化时间6h。在最佳条件下合成的分子筛膜在室温下，氢气的渗透率为1.8×10-8 mol m-2s-1 Pa-1，H2/CO2气体分离因子为15。
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