介孔MCM-48分子筛及膜材料的制备

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MCM-48材料归属Ia3d晶系,具有特殊的三维立方孔道结构,使其在物料的传输和扩散等方面有着很大的优势。MCM-48不仅有着良好的传输性能,还具有良好的化学稳定性,较高机械强度,不易溶胀,比表面积大,孔道均一可调等优点。MCM-48的制备条件较苛刻,不容易合成,大大的限制了其实际生产应用。介孔分子筛膜可实现反应分离一体化,若能制备高质量且合成工艺简单的MCM-48膜,有望于提高反应的转化率和反应进程。巨大的应用前景使MCM-48膜的研究一直是人们的焦点。目前,在多孔载体上制备完整的MCM-48膜的技术并不是很完善。因此,MCM-48膜的研究仍有很大的空间。本论文主要研究MCM-48分子筛及MCM-48膜的制备,探究了不同方法制备MCM-48分子筛和MCM-48膜,通过XRD、SEM和水热稳定性等进行分析,得到结论如下:1采用单模板剂法(CTAB)、加入无机盐法(NaF)、混合模板剂法(P123和CTAB)均成功制备了MCM-48分子筛,为MCM-48膜的制备提供了很好的基础。对单一模板剂法和加入无机盐法进行水热稳定性测试,XRD结果证明了无机盐的加入使分子筛在油浴中加热煮沸12h孔道没有完全坍塌,说明了无机盐的加入增加了MCM-48的水热稳定性。通过混合模板剂法(CTAB和P123)制备出了具有规则形貌、粒径均一的MCM-48分子筛,非离子型表面活性剂的加入,减弱了界面组装作用力,实现了分子筛形貌的控制。从SEM照片可以看出分子筛颗粒为2μm且大小均一。2以APTES和TEOS为硅源,初步考察了两者的物料比对样品结构的影响。在APTES为硅源含量的5%和10%时,均能合成出有序介孔材料MCM-41。3利用添加无机盐(NaF)法合成的分子筛配制合成液,经过三次原位水热合成,成功制备了MCM-48膜。为对比无机盐的加入对膜的合成产生的影响,用单一模板剂法配制合成液,在载体管上三次原位水热合成。从SEM图片可以看出,加入无机盐合成液形成的膜表面由分子筛颗粒堆积而成,膜截面厚度为4-6μm。压降为0.1Mpa时,MCM-48膜对H2/N2的分离系数约为2.61。单一模板剂合成液形成的膜表面裂痕较多。4配制不同浓度的硅溶胶溶液,选用20%的硅溶胶溶液浸渍处理好的三氧化二铝载体管,于200℃固化2小时,使其与载体管连接紧密。考察了合成次数对膜的影响,结果表明两次水热合成成功制备了MCM-48膜。通过SEM表征看出,膜层表面平整连续,膜层厚度为4-6μm。压降为0.1Mpa时,MCM-48膜对H2/N2的分离系数约为2.41。5以粒径均一的MCM-48分子筛为晶种,通过简单的浸泡方法,成功克服了介孔分子筛的团聚现象,通过热浸渍法涂晶,制备出晶种层。采用二次生长法,在晶种层的基础上,经过两次水热合成,成功制备出MCM-48膜。通过SEM表征看出,膜层表面连续平整,膜层厚度为6μm左右。压降为0.1Mpa时,MCM-48膜对H2/N2的分离系数约为2.71。6首次将反扩散法应用于介孔MCM-48膜的制备。晶种层制备方法同5,低模板剂和大水量的使用,促进了固/液界面上的异相成核,经过一次合成制备出完整的MCM-48膜。通过SEM电镜照片可以看出,膜层生长连续,并且膜层厚度为4μm左右。压降为0.1Mpa时,MCM-48膜对H2/N2的分离系数约为3.0。
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