[发明专利]一种合成分子筛膜的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合成分子筛膜的装置和方法，属于分子筛膜的制备领域。

背景技术

沸石分子筛是一种无机微孔材料，孔道结构规整、均一，并且具有良好的化学稳定性和热稳定性。沸石分子筛膜是指沸石分子筛交互生长所形成的均匀薄膜，具有沸石分子筛的优良特性；同时，多孔支撑体担载的沸石分子筛膜具有很高的机械强度，满足工业应用要求。分子筛膜的研究已取得重大进展，自从Suzuki等人首先报道多孔支撑体担载沸石分子筛膜的制备方法以来，研究者已在不同支撑体上制备了高性能的NaA、NaY、MFI、AlPO-5、ZSM-5、MER、PHI、CHA以及T型等沸石分子筛膜；并且，NaA型分子筛膜已实现了大规模的工业化应用。目前，降低沸石分子筛膜的制备成本、提高沸石分子筛膜规模化生产中的成品率是进一步推进沸石分子筛膜工业化应用的关键。

目前，沸石分子筛膜最常见的制备方法是水热合成法。根据是否在支撑体表面负载晶种，可分为原位水热合成法和二次生长法。原位水热合成法操作步骤简单，具有较高的应用价值。二次生长法也称为晶种法，该方法将分子筛的成核和晶体生长分开，有效地缩短了膜层的合成时间；同时，晶种诱导分子筛优先在支撑体表面生长，可以更好的控制晶体生长和分子筛膜微观结构，有效地避免了膜层缺陷的产生，适用于工业化生产分子筛膜。但是，大规模生产沸石分子筛膜过程中，料液间存在温度梯度和料液沉降，导致了高性能沸石分子筛膜的成品率较低。

欧洲专利EP 1666416A1报道了一种沸石分子筛膜合成装置，以导热油或高压蒸汽作为加热介质，利用反应釜内径向温度梯度引起的热对流来促进料液的均匀性。这种合成装置批次产量小，并且结构复杂；合成过程中存在温度梯度，不利于膜层的均匀生长；而且在长时间合成过程中，母液的沉降现象也难以解决。Richter等人报道了沸石分子筛膜的动态合成方法(摘自Separation and PurificationTechnology，vol.32，2003，p133)，连续流动地向反应体系通入新鲜母液，可减缓静态合成条件下温度梯度和浓度梯度所带来的负面影响。该方法中，母液消耗量比较大，浪费大量原料，同时也要相应的增加废料处理的投入，不利于分子筛膜生产成本的降低。中国专利CN 101397142A报道了一种以微波为加热介质制备沸石分子筛膜的实验装置及方法。该方法可以较好的消除温度梯度、减缓料液的沉降，但是该装置批次产量较小，并且微波合成装置过于昂贵，工业化生产过程中不具备成本优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成分子筛膜的装置和方法，实现高性能沸石分子筛膜的大批量生产。

本发明的技术方案为：一种合成分子筛膜的装置，其特征在于该装置由原料罐、膜合成设备通过管道连接组成，其中膜合成设备由封头、法兰、多孔基膜、换热器、推进式搅拌器组成；其中多孔基膜上端连接卡槽并固定于换热器的管板上，推进式搅拌器位于膜合成设备中心，多孔基膜和推进式搅拌器转轴平行排布。

原料罐为夹套式；原料罐的中心配备涡轮式搅拌器；原料罐夹层的下端和上端分别设有热介质进口a与热介质出口b；原料罐下端设有原料液出口c，底部设有废液排放管道，管道上设有阀门C。

膜合成设备在法兰下方设有原料液进口d，底部设有废液排放管道，管道上设有阀门D。

原料罐与膜合成设备的连接管道上设有一个三通接头，一端连接出口c与进口d，一端连接去离子水和进口d；出口c与进口d之间的液位差为0.3～5m；连接出口c与进口d之间的管道上设有阀门A；打开阀门A，原料罐中的原料液直接流入膜合成设备中；去离子水进口与原料液进口d之间的管道上设有阀门B；关闭阀门A，打开阀门B，去离子水直接流入膜合成设备中。

膜合成设备的封头可以打开，通过法兰与膜合成设备连接。

膜合成设备配备换热器对原料液进行控温；换热器下端与上端分别设有热介质进口f与热介质出口e；换热器是列管式换热器或套管式换热器，优选列管式换热器。

优选膜合成设备中装有多孔基膜的数量为1～5000个。

优选多孔基膜的平均孔径为0.05～500μm，长度为0.1～3m，孔隙率为0.5％～75％；多孔基膜的材料为氧化铝、氧化锆、氧化硅、氧化钛、莫来石或不锈钢；多孔基膜的形状为单管、多通道、蜂窝或中空纤维。

优选膜合成设备中心配备推进式搅拌器。

本发明还提供了利用上述装置合成分子筛膜的方法，其具体步骤如下：

a)打磨、清洗多孔基膜，然后将其烘干；