摘要
分子筛膜的孔道结构发达，具有良好的筛分作用以及水热稳定性，适用于有机物/水混合体系的渗透汽化分离。高铝ZSM-5分子筛膜兼具优异的耐酸性和亲水性，在酸性有机溶剂脱水应用中具有独特的优势。然而，由于ZSM-5晶体在富铝环境中的高结晶活化能和晶体间斥力，高质量的高铝ZSM-5分子筛膜的制备仍存在一定困难。此外，分子筛膜的生长过程和骨架阳离子对膜层生长和分离性能有重要影响。鉴于此，本工作主要从以下两个方面展开： （1）高铝ZSM-5分子筛膜的生长过程：采用200nmSilicalite-1球形分子筛作为晶种，在不添加有机模板剂的含氟初始凝胶中，通过二次水热合成法在管状莫来石支撑体上成功制备出Si/Al比约为9的高铝ZSM-5分子筛膜。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外吸收光谱等表征技术探究高铝ZSM-5分子筛膜的形成过程，并提出了不添加有机模板剂的含氟初始凝胶中高铝ZSM-5分子筛膜的生长机制。支撑体表面涂覆的球形Silicalite-1晶种在含氟凝胶中溶解成非晶态物质，这些保留有大量的基本结构单元（TO4）和孤立五元环结构的非晶态物质为高铝ZSM-5分子筛提供了大量成核位点。随着晶化反应的进行，针状高铝ZSM-5分子筛晶体在多孔支撑体上逐渐长大并形成致密的膜层。合成的高铝ZSM-5分子筛膜在分离高浓度乙酸水混合物（75℃，90wt.％HAc/H2O）时表现出良好的渗透汽化性能，渗透通量和分离因子分别高达0.98kg·m?2·h?1和3200。 （2）碱金属氟化物对高铝ZSM-5分子筛膜的影响：本工作考察了不添加有机模板剂的含氟凝胶中碱金属氟化物（LiF,NaF,KF,CsF）对高铝ZSM-5分子筛膜的生长和渗透汽化性能的影响。阳离子对ZSM-5分子筛的合成、形貌、骨架Si/Al和膜层致密性都起到重要作用，这归因于阳离子“桥连”凝胶作用和胶体的离子特异效应。当合成溶胶中Si/Al比小于10时，唯有添加NaF和KF的凝胶可以在多孔支撑体表面制备一层致密的针状聚集晶体组成的ZSM-5分子筛膜层；当合成溶胶中的Si/Al比大于12时，采用LiF,NaF和KF的合成溶胶有利于在支撑体上形成一层由棱柱状晶体组成的ZSM-5分子筛膜层。此外，当合成溶胶中的Si/Al比和氟化物分别为9.09和NaF时，制备的高铝ZSM-5分子筛膜在分离高浓度的乙酸水混合物时具有最佳的渗透汽化性能。
NETL