二次生长法制备NaA分子筛膜的探索研究

二次生长法制备NaA分子筛膜的探索研究

邹爽于晓波*

摘要：本文介绍以二次生长法制备NaA型分子筛膜，并以提拉法预涂晶种，最终得到了致密、连续并且有一定分离乙醇/水混合物能力的NaA型分子筛膜。

关键词：NaA型分子筛膜；二次生长法；预涂晶种

0引言

Na A型分子筛膜是目前发展最为迅速的一种膜材料, 它属于A型分子筛膜的一种，该类膜是一种具有三维孔道结构的沸石，孔由八元环围成，直径为0.41nm,分子动力学直径比工业上常用的有机分子的要小（如乙醇分子动力学直径为43nm）, 表现出很高的水选择渗透性，可用于有机溶剂脱水。

本实验选用了提拉法预涂晶种，并选用不同温度进行煅烧，以色谱仪检测出滤出产物的醇水含量，计算出分离因子。通过对膜通量、扫描电镜照片、膜分离因子等一系列指标进行对比，取最优涂晶方法。同时选用了四组不同配比的生长液进行对比实验。

论文选题的目的在于制备NaA型分子筛膜可得到致密，有序的膜层，并有良好的醇水分离效果。同时选用了操作简单，成膜质量高的二次合成法。目前，生产生活的各个方面都已经离不开膜分离技术，随着.新材料、新技术的不断出现，膜技术在化学和生物工程中的应用愈加显示出令人瞩目的前景。

1 实验部分

1.1实验器材与药品

原料

高抛光Al2O3粉末SiO2 NaOH Al（OH）3 去离子水浓盐酸（36%~38%）晶种（A型分子筛粉末）无水乙醇（99.7%以上）

仪器

冷阱（定制）、醇水分离装置（自制）、水热反应釜（8~12个）、研钵、移液管、量筒（100ml、250ml各一个）、电子天平、微量进样器、蒸发皿（若干）、液氮生物容器。

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1.1 NaA分子筛膜制备过程

采用二次合成法合成NaA型分子筛膜

第一步：预涂晶种：将用稀盐酸与去离子水处理过的载体片在晶种溶液(晶种溶液为5%作用的浓度，配置好后在磁力搅拌器上均有搅拌30min作用)。然后将载体片放在煅烧炉中以600°C煅烧3h,冷却备用。

第二步：配制膜合成液（用NaOH、SiO2、Al2O3、H2O以一定的比例混合，均有搅拌30min,待用）。在铁皮反应釜中放入支撑体，将载体片放入反应釜中，倒入膜合成液，放入煅烧炉中恒温110°C反应12h左右。取出载体片，并用超声波清洗器清洗3~5min。干燥。

1.2 分析与表征

（1）扫描电镜

取一带有NaA型分子筛的氧化铝载体片，其各项数据见表1-1

表1-1 NaA 型分子筛膜数据

分离因子合成液浓度滤出产物g醇含量% 膜通量

Kg/m2·h

2.1 1.28544 9.0430179.1869 1：1：2：150 将该载体片通过扫描电镜进行表征，所得的扫描电镜照片见图1-1

（a）

（b）

(c)

图1-1 扫描电镜照片

扫描电镜照片是由S-4800型扫描电镜在 5.0kv下扫描所得照片其中(a)放大倍数是6.5mm*1.00k SE(M)；图（b）放大倍数为6.5mm*2.00k；图（c）放大倍数为6.5mm*10.0k

（2）醇水分离

将所制成的膜用于抽滤，用真空泵抽滤1h，滤出的乙醇/水混合物用气相色谱仪检测其乙醇浓度（气相色谱仪需先配置已知浓度的乙醇/水溶液，用外标法校正）。并用公式A =wip / wjp/wi f / wj f计算分离因子（式中: wip、wjp分别为水( i )和醇( j)组分在渗透液中的质量分数; wif、wj f分别为水和醇组分在原料液中的质量分数.）。

2结果与讨论

2.1 涂晶方法的选择

在制备分子筛膜之前先在载体表面预涂晶种，在载体表面形成单层的分子筛晶种层，后在这种晶种层上合成分子筛膜，这样做既可以缩短膜生成的时间，而且可以使生成膜的致密度、连续性提高，使合成的NaA型分子筛膜更趋于无缺陷的分子筛膜。

实验选用提拉法预涂晶种，并选取不同的温度进行对照实验。由于膜的性能好坏的主要参数是膜的分离因子，因此将几组实验的膜平均分离因子以图表示出来

图2-1 所制成的NaA型分子筛膜平均分离因子简图

图2-2 所制成的NaA型分子筛膜平均分膜通量简图

由图可见，随煅烧温度的升高，膜的分离因子逐渐升高，当到达600摄氏度时达到最大值，继而下降，由此可见，提拉法预涂晶种后，煅烧温度越高，晶种与载体贴合的越紧密，因而生成的NaA型分子筛膜性能越好，但温度过高反而使晶种变质，不利于膜的生长。

2.2 膜合成液配比对成膜的影响

膜合成液的配比对NaA型分子筛膜的合成也有一定的影响，图2-2为不同配比的合成液所成的NaA分子筛膜的膜分离因子的曲线（其浓度配比依次为：1:1:2:150；6:2:1:600；4:2:1:500 ；3:2:2:400）

图2-3 不同配比合成液生成膜的平均分离因子

图2-4 不同配比合成液生成膜的平均通量

由图可知，合成液的配比对成膜有很大影响，以Na A分子筛膜的分离因子为主要参数，当配比为1：1：2：150时所得的分子筛膜最好。

3结论

（1）本论文以二次生长法制备NaA型分子筛膜，实验材料易得，廉价，分子筛膜的用途广泛，符合实际意义。

（2）扫描电镜照片表明，所得到的膜符合NaA型分子筛膜结构特点。

（3）涂晶方法会影响成膜的效果。

（4）膜合成液的配比对成膜有一定影响。