NaY分子筛膜改性及杂原子NaY分子筛膜制备和渗透汽化性能研究.pdf

摘要

NaY分子筛膜具有超大孔径、较低的硅铝比和优异的亲水性，在有机溶剂

脱水方面以及有机混合物脱除小分子溶剂领域有广泛的应用前景。然而，高质量

NaY分子筛膜的制备存在着许多的困难，例如，容易产生杂晶相和裂缝，分子

筛膜层的厚度和生长取向不易调控等问题。NaY分子筛膜具有较大的离子交换

容量，杂原子改性是直接且有效改善NaY分子筛膜分离性能的方法。杂原子离

子改性过程可分为离子交换后处理法和直接合成两种，因此本工作的主要研究内

容分为以下两个方面：

(1)离子交换后处理改性NaY分子筛膜研究。本研究通过一价和二价硝酸盐

离子交换改善NaY分子筛膜的渗透汽化性能，详细考察了硝酸盐种类（Co(NO)、

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Mg(NO)、Zn(NO)、Ca(NO)、Cu(NO)、KNO和AgNO）对NaY分子筛

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膜的孔道结构和水亲和力有较大影响。当硝酸盐浓度、离子交换温度和离子交换

时间分别为0.1mol·L-1、50℃和2h时，NaY分子筛膜的离子交换度顺序为

++2+2+2+2+++

AgKCaZnCoMg，而且NaY分子筛膜的Ag和K阳离子交

换率分别高达96.54%和82.77%。离子交换后的NaY分子筛的BET比表面积、

总孔容积、孔径大小和水接触角均被一价和二价阳离子所影响。此外，相对于一

价阳离子，二价硝酸盐离子交换过程有利于改善NaY分子筛膜的脱水性能。当

采用Zn(NO)交换时，针对分离10wt%HO/EtOH混合物，NaY分子筛膜的

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总通量变化量为-45%，分离因子变化量为230%，同时离子交换后的NaY分子

筛表现出良好的重复性和稳定性。

(2)杂原子NaY分子筛膜的制备和性能研究：基于二价硝酸盐的离子交换过

程可以改善NaY分子筛膜性能的基础，本研究在合成凝胶中加入硝酸盐

（Co(NO)、Mg(NO)、Zn(NO)、Ca(NO)、Cu(NO)、KNO和AgNO）制

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备杂原子NaY分子筛膜，同时考察了硝酸盐种类和含量、晶化时间、晶化温度、

晶化方式对合成杂原子分子筛膜的生长和性能的影响。合成溶胶添加一价硝酸盐

不利于制备NaY分子筛膜，而二价硝酸盐可制备杂原子NaY分子筛膜。此外，

XPS、红外光谱、紫外光谱表征结果表明，当合成凝胶配比为25SiO:1AlO:22

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NaO:990HO:7.5NHF:0.4Zn(NO)，晶化时间和温度分别为7h和100℃时，

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可在管状支撑体表面可制备一层致密且厚度约为ca.7~8μm的Zn-NaY分子筛膜

I

层，且工艺重现性好。

关键词：离子交换；Zn-NaY分子筛膜；渗透汽化；杂原子

Abstract

NaYzeolitemembranehasmediumchannelsystem,lowSi/Alratioand