[发明专利]一种管式多孔纤维分子筛膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纤维分子筛膜的制备方法，尤其涉及一种管式多孔纤维分子筛膜的制备方法。

背景技术

分子筛是一种微孔晶体材料，具有规整的孔道结构、良好的热稳定性和催化作用，分子筛膜是膜分离技术研究领域的前沿和热点之一。NaA型分子筛以Si/Al为骨架，具有很强的亲水性，孔道大小为0.3～0.5nm，介于水和大多数有机分子之间。高的铝含量和合适的孔道大小特点使得在多孔支撑体上形成的NaA型分子筛膜对水具有很高的选择透过性，晶穴内部存在着强大的电场和极性作用，对水有很大的亲和力，A型分子筛膜可以渗透蒸发脱出有机物中的水分，2001年，Morigami等首次报道了NaA型分子筛膜在脱除乙醇中少量水制备无水乙醇分离过程中的大规模应用，采用NaA型分子筛膜的渗透汽化过程应用于共沸(近共沸)水/有机混合物的分离具有很广的应用前景。

分子筛膜的合成方法有原位水热合成法、晶种法、堵孔法、微波加热法、脉冲激光沉积法和电泳沉积法、缺陷消除和膜掺杂法等，其中原位水热合成法是传统的也是最常用的分子筛膜合成方法，将载体以一定的方式直接放入合成母液中，在水热合成条件下，分子筛晶体即在载体表面上生长成膜，这种方法较为简单，且不需要特殊的装置，因而应用较为广泛，但是合成周期较长，微结构不易控制。二次生长法是先将载体预涂晶种，再置于母液中原位水热合成，晶化成膜，此方法又被称为原位水热二次生长法。二次生长法具有如下优点：去除了成核期，缩短了合成时间；将成核和生长两个步骤分开进行，易于控制晶体生长和分子筛膜的微结构；晶种的存在使得二次生长法具有更大的操作弹性。Jafar等在carbon/zirconia管状支撑体上合成了NaA型分子筛膜，70℃时于水/乙醇质量比为1/9的溶液中的渗透汽化的分离系数为5000，而渗透通量仅为0.18kg·m^-2·h^-1；杨维慎等在α-Al₂O₃管状支撑体上合成的NaA型分子筛膜在相同的渗透汽化测试条件下的渗透通量比前者有较明显的提高，为0.8～1kg·m^-2·h^-1。但是α-Al₂O₃多孔支撑体的烧结温度在1000～1300℃，且制备成本较高。为了降低膜的制备成本，Kondo等在较廉价的支撑体上合成了NaA型分子筛膜，在75℃时于水/乙醇(质量比为1/9)体系中的渗透通量和分离系数分别高达2.08kg·m^-2·h^-1和42000。但该膜在气体分离过程中仅表现出努森扩散的特性，表明此分子筛膜层中仍存在较多的非分子筛孔道。尽管NaA型分子筛膜已实现了工业化生产，但仍存在渗透通量较小、合成成本较高、重复性不够好和存在非分子筛孔道缺陷等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管式多孔纤维分子筛膜的制备方法，采用无机材料编织管为支撑层，在其上产生一种分子筛膜。

本发明是这样来实现的，其特征是制备方法是：以铝源、钠源、硅胶或硅溶胶和水为原料，反应体系的原料摩尔组成比为：硅胶∶铝源∶钠源∶水＝1～10∶1～8∶1～8∶80～1000的配比配制，将管式多孔纤维支撑体浸于反应体系中，反应在50～130℃温度条件下，晶化3-40小时。

所述的硅胶优选SiO₂或硅酸钠。

所述的铝源包括金属铝箔、三氧化二铝、铝酸钠或硫酸铝，优选铝酸钠。

所述的钠源为氢氧化钠或氧化钠。

所述的硅胶∶铝源∶钠源∶水的优选摩尔比为1～5∶1～3∶1～5∶100～500。

所述的管式多孔纤维支撑体选用无机玻璃纤维编织管或不锈钢编织管，优选为无机玻璃纤维编织管。

本发明的优点是：制备过程简单，以无机材料编织管支撑层与分子筛膜复合层之间接触点多，结合紧密。通过制备条件的控制，所制得的管式多孔纤维分子筛膜的分离能力显著。

具体实施方式

实施例一

配制晶化液所用的药品为：硅酸钠Na₂S_iO₃·9H₂O，铝酸钠NaAlO₂ 99.9％(重量)，氢氧化钠NaOH 96％(重量)和去离子水。