[发明专利]一种提高SAPO-34分子筛膜在水汽环境中稳定性的方法

说明书

本发明涉及一种提高SAPO‑34分子筛膜在水汽环境中稳定性的方法，采用疏水的硅烷偶联剂在分子筛膜表面进行接枝处理，提高分子筛膜对水的排斥性能。首先，对膜进行干燥处理，其次，将膜置于接枝处理液中进行接枝处理。最后，对接枝处理后的膜进行清洗并进行后期处理。经过本发明接枝处理后的分子筛膜，在含水气体体系下，具有分离选择性，有利于提高其在含水体系下的稳定性，且反应操作简单易行。

技术领域

本发明属于无机膜制备领域，具体涉及一种提高SAPO-34分子筛膜在水汽环境中的稳定性的方法。

背景技术

天然气是与煤炭和石油并列的重要化石能源，具有污染少、储量大、价格低廉等优点，因此其开发和利用越来越受到各国的重视。天然气的主要成分为甲烷，含量通常为75%~90%，除此之外，还含有烷烃和烯烃类物质、水、二氧化碳和硫化氢等其他物质。这些杂质会给输送和深加工带来许多危害，使用之前需要严格控制其含量。天然气的净化处理主要是脱除其中的CO₂。传统的处理方法包括溶剂吸收和吸附法，但是以上两种方法存在能耗高，设备繁琐等缺点。膜分离技术是一种新型分离技术，具有高效节能、操作方便、环境友好等优点，近年来受到研究者的广泛关注。其中，沸石分子筛膜孔道结构规整，热化学稳定性高，适合小分子之间的分离。SAPO-34分子筛具有三维的8元环结构孔道，孔径约为0.38 nm，介于CO₂（0.33 nm）和CH₄（0.38 nm）之间。同时，SAPO-34分子筛膜对CO₂有很强的优先吸附作用，在CO₂分离方面表现出优异的的气体渗透性与选择性，受到研究者越来越广泛的关注。Carreon等人（M. A. Carreon et al., Adv. Mater., 2008, 20: 729-732.）制备出的SAPO-34沸石膜具有很高的气体分离选择性，分离等摩尔的CO₂/CH₄体系时，其分离选择性己达到200左右，同时具有很高的CO₂的气体渗透性，CO₂的气体渗透性大于1.8×10^-6 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1。

但是，在分离含有水蒸气的气体组分时，SAPO-34分子筛膜会失去分离性能。Simonot-Grange等人（M.H. Simonot-Grange et al., Thermochim. Acta 1999 (329):77-82.）报道了低于100℃时，SAPO-34分子筛对水蒸气有很强的吸附作用。吸附的水蒸气会破坏O-Al键，从而破坏晶体结构。2001年，Poshusta等人（J.C. Poshusta et al., J.Membr. Sci., 2001 (186): 25-40.）研究了水蒸气对SAPO-34分子筛膜的影响。研究发现，水蒸气会在常温下堵塞分子筛孔道，从而降低膜的气体渗透性，使膜失去分离性能，长时间暴露在水蒸气环境中会导致膜结构破坏。

物质表面对水的排斥性能可以通过改变表面粗糙度和表面自由能来实现。疏水接枝处理可以降低膜表面极性，减少其对水的吸附能力，提高其对水的排斥性能。迄今为止，尚未有关于对SAPO-34分子筛膜进行接枝处理，提高分离含水蒸气体系的气体性能的公开报道。本发明的关键在于采用硅烷对SAPO-34分子筛膜进行表面接枝处理，提高其在水汽环境中稳定性的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高SAPO-34分子筛膜在水汽环境中的稳定性的方法，本发明的接枝处理方法操作简便，可提高SAPO-34分子筛膜在含水蒸气体系中分离性能，使其具有长时间操作稳定性。

为实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案：采用疏水的硅烷偶联剂在分子筛膜表面进行接枝处理，提高分子筛膜对水的排斥性能。具体为：采用水热法，使用硅烷溶质对表面含有羟基的SAPO-34分子筛膜进行接枝处理，使膜表面呈现疏水性能，提高其在含水蒸气体系中的稳定性，其具体步骤如下：