[发明专利]多孔氧化铝载体支撑的AFO结构磷酸铝分子筛膜的制备

说明书

技术领域

本发明是关于一种微孔磷酸铝分子筛膜的离子热合成方法，更确切的说是关于一种具有AFO型沸石结构的磷酸铝分子筛膜以及其制备方法。

背景技术

分子筛是一类具有规则孔道结构的无机微孔材料。几十年来，研究者及工程人员一直致力于研究和合成不同孔道特征的分子筛作为特定化学反应过程的催化剂。随着科学技术的不断进步，人们逐渐意识到若能将分子筛制备成膜，便可以结合分子筛材料与薄膜材料所具有的特点，极大地拓宽其应用领域：利用分子筛微孔孔道的精确分子筛分功能，同时结合薄膜材料作为分离薄膜时效率高、能耗低、连续生产、灵活性强与环保等特点，实现混合组分的高效、连续分离。时至今日，由于分子筛材料具有多种多样的骨架孔道结构，再加之膜材料微观结构的可调变性，有关分子筛膜的研究报道日益增多，这一领域也将继续焕发勃勃生机。

AFO型分子筛是磷酸铝分子筛的一种，具有一维椭圆10元环直孔道，孔径尺寸为0.70nm×0.43nm。这种分子筛在气体吸附分离，催化等方面具有广泛的应用前景。传统的分子筛膜制备合成方法主要有：(1)原位生长法，将基底直接浸渍在合成液中，晶化处理后得到分子筛膜；(2)二次生长法，也是最常用的一种制膜策略，在基底上先附着一层预合成的纳米级分子筛晶体作为晶种，再浸入合成液中继续晶化，形成连续的分子筛膜。上述制备方法都存在一定的不足之处：原位合成法对基底和合成条件的要求比较严格；二次合成法不可避免的要预先制备纳米级分子筛晶体作为晶种，涂膜工序随之繁重复杂；此外，由于这两种方法均基于水热合成技术，其合成过程中产生的系统自生压力会导致一定的安全隐患；此外合成过程中产生的大量酸碱废液，也会对环境造成一定的污染。

2004年，英国圣安德鲁斯大学的Russel E Morris教授等人报道了使用离子液体作为溶剂和模板剂合成微孔磷酸铝分子筛的离子热合成法，即离子热合成法。离子液体是一种熔点在室温附近的低温熔融盐，一般由有机阳离子和无机阴离子构成。与传统的分子型溶剂相比，离子液体蒸汽压几乎为零，是非挥发性液体；因此与常规的水热合成以及溶剂热合成方法相比，离子热合成反应可以在常压下进行，这样就可以消除由于反应过程中溶剂自生的高压所带来的安全隐患。此外，在离子热法合成无机材料的过程中，离子液体不仅可以作为溶剂，有时还可以作为模板剂参与合成反应，这些特点都非常符合绿色化学要求，合成过程十分安全、环保。

从以上对分子筛膜和离子热合成的介绍可以看出，如果能将离子热法应用到分子筛膜的合成领域，将有望开发出一种简易、环保、快速的分子筛膜制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种多孔氧化铝载体支撑的AFO结构磷酸铝分子筛膜的制备方法。

本发明所提供的合成方法采用合成方法特征是：以离子液体为反应介质和模板剂，以多孔氧化铝载体为支撑体，在支撑体表面合成AFO型微孔磷酸铝分子筛膜。

具体操作过程如下，

1)制备前体反应溶液：在离子液体中加入含磷原料，搅拌均匀后形成前体反应溶液，反应溶液中P₂O₅∶离子液体的摩尔比例为1∶10～400；

对于常温下为液体或经与反应物混合搅拌后可直接形成溶液的离子液体，前体反应溶液制备过程中不需加热；对于经混合搅拌后仍为固态的离子液体，应在高于其熔点的温度下制备前体反应液(温度可为80～120℃)；

2)将多孔氧化铝载体置入上述前体反应溶液，在100～300℃下进行晶化反应，晶化反应时间≥1分钟；

3)晶化结束，取出多孔氧化铝载体，除去有机模板后，得到AFO磷酸铝分子筛膜。

以上述方法制备出的AFO磷酸铝分子筛膜通过与XRD粉末衍射数据库卡片比对确定其结构具有国际沸石协会确认的AFO结构，组成该分子筛膜的分子筛晶体具有一维椭圆10元环直孔道，孔径尺寸为0.70nm×0.43nm；其X-射线衍射谱图具有至少以下所列衍射峰(2θ值表示衍射峰位置)：2θ/°：6.80±0.2；9.77±0.2；13.63±0.2；18.35±0.2；20.52±0.2；21.27±0.2；22.33±0.2；22.95±0.2；23.45±0.2；25.40±0.2；25.81±0.2；28.16±0.2；29.56±0.2；