文档介绍：微波加热法合成NaA型分子筛膜

摘要
用微波加热法(MH)在α-Al2O3 支撑体上合成NaA分子筛膜被大众所支持。微波加热急剧促进了NaA型分子筛膜的形成。合成时间由常规(CH)加热的三小时缩短至微波加热的15分钟。表面预涂晶种不仅可以促进NaA分子在支撑体上的形成,还能抑制NaA分子转变成其他类型的分子。微波加热法合成的NaA型分子筛膜大约4微米较相同情况下用常规加热形成的膜薄。对照试验下,微波加热法合成的NaA型分子筛膜的渗透性是常规合成法的四倍。多级合成导致了NaA型分子转变成其他类型的分子,并导致所合成的膜的完美度下降。
用微波法在多孔氧化铝载体上合成NaA分子筛膜的形成机理有所争议。推广使用MH对形成NaA型分子筛膜的影响可分为两方面:“热表面效应”和'“微波效应”。形成一个均匀而薄的NaA分子筛膜是“热效应”和“微波效应”的双重作用的结果,而NaA分子筛膜的快速形成则主要是“微波效应”所引起的。
关键词:气体渗透;水热合成;微波加热; NaA分子筛沸石膜
1. 简介
近几年来,分子筛膜作为一种特殊的无机膜发展十分迅速[1-7]。分子筛膜具有其独特的优点,例如,具有统一大小的分子孔隙和较高的耐热性。此外,孔隙的大小和沸石的亲和力,可以通过各种方法得到很好的控制,例如,离子交换和蒸气沉积。到目前为止,分子筛膜在用于分离几种重要的工业混合物上显示出了很好的分离性能,如丁烷异构体和二甲苯异构体[7-15]。然而,实际应用的渗透率过低。因此,在分子筛膜领域最具挑战性的工作之一是制备一个具有高渗透性同时具有高分离因数的分子筛膜。
—3GHz的高频电磁辐射。微波技术广泛应用于各个研究领域,如生物学和医学等。 80年代以后,微波技术开始应用于化学领域,一种新的交叉学科的微波化学出现了[18]。在20世纪90年代初,微波技术开始应用于沸石的合成。 1990年,Chuetal [17]首先报道了用微波加热法合成A型和ZSM - 5分子筛。后来,有更多的研究报道
[18-27]。与传统的水热合成法相比,微波加热法具有合成时间短,粒度分布窄,广泛的合成成分以及高纯度的优点。这些优点推动我们去探索它在合成分子筛膜方面的应用。然而,目前为止,有关于微波加热法合成分子筛膜的报道很少[28-32],并没有气体渗透数据的报告。最近,我们报道了一个用微波加热法合成高渗透率NaA分子筛膜[33]。第一次详细的调查了微波的杰出影响。
2. 实验部分
合成的NaA型分子筛膜
一个多孔氧化铝片(直径30毫米,厚3毫米,-,约50%的孔隙率,自制)被用作支撑体。支撑体表面用砂纸打磨两面,之后的支撑体在超声波清洗机里用去离子水清洗3-5分钟以去除抛光创造成松动的颗粒。已清理的支撑体,在400℃下煅烧3小时在水热合成之前或预涂晶种之前烧掉在载体表面的有机物。合成之前在载体的一面涂上NaA型分子筛晶体作为晶核[34]。合成生长液是铝溶液与硅溶液的混合溶液。制备铝酸钠溶液是将氢氧化钠(40克)溶解在去离子水(159克)中,然后室温下加铝箔()加入碱液中。硅溶液的制备是以混合氢氧化钠(),硅溶胶(SiO2 27wt%)()和去离子水(159克)。在铝酸钠溶液,预热至50℃,加入硅酸盐溶液搅拌。为了得到均相溶液,混合液需大力搅拌15分钟。这种混合溶液的摩尔比为5SiO2:Al2O3:50Na2O:1000H2O。
载体要用聚四氟乙烯的支架垂直悬挂于聚乙烯瓶中以避免分子筛结晶的沉淀物在膜合成期间掉落在载体上。在不触碰载体的情况下小心地加入合成混合液然后将聚乙烯瓶用一个杯子盖上。将结晶放于改性微波炉中调整到2450MHZ。合成混合液在60s内迅速从室温加热到90±5°C,控制好晶化温度以达到预期的晶化时间。在某些情况下,多阶段进行合成或未预涂晶种的a- Al2O3的磁盘被用来作为载体。合成后,作为合成的膜,用去离子水冲洗数次,直到冲洗液的pH值是中性的,然后在150℃干燥3小时。由于NaA型分子筛和a - Al2O3载体具有不同的热膨胀张系数,采用1 K/min的低加热和冷却速度可以避免在热处理过程中裂纹的形成。

所合成的膜的结构可以X射线衍射(XRD)普图来确定。 X射线衍射是在Ragaku 粉末衍射仪上进行的,操作选用铜Kα(λ= ),同时加以40千伏电压和50毫安电流。用扫描电镜(SEM)来检查所合成的膜的形态以及厚度。扫描电镜照片是从规格为JEM - 1200E的扫描电子显微镜上获得的。以气体渗透率对所合成的膜的完善度进行评估。在高压条件下合成的膜与沸石膜一块被密封在一个渗透模块中。,25摄氏度下用皂膜流量计对每