[发明专利]一种多通道SSZ-13分子筛膜的制备方法

说明书

本发明涉及一种多通道SSZ‑13分子筛膜的制备方法，在多通道载体上制备高性能的SSZ‑13分子筛膜。包括如下步骤：（1）合成SSZ‑13分子筛晶种；（2）在多通道载体内壁涂敷一层均匀的SSZ‑13分子筛晶种层；（3）动态水热法合成SSZ‑13分子筛膜。该膜具有高表面积与体积比，可大幅提高膜组件的填装密度，同时能增强膜管的机械强度，适合膜面积的放大化和膜产品的工业化应用。采用动态水热法合成的多通道SSZ‑13分子筛膜比普通静态水热合成的单通道SSZ‑13分子筛膜具有更高的气体分离性能。

技术领域

本发明涉及一种多通道SSZ-13分子筛膜的制备方法。

背景技术

二氧化碳是组成温室气体的主要成分，随着二氧化碳排放量的增多，全球变暖问题日益严峻。从另一方面来说，天然气中二氧化碳会降低其热值，所以必须从甲烷中分离二氧化碳。传统分离技术能耗高、设备庞大。而膜分离技术可以在不消耗大量能源的情况下分离物质，因此具有广泛的应用前景。所研究的SSZ-13分子筛膜具有菱沸石型（CHA）8元环孔道结构，其8元环孔道尺寸为3.8 Å × 3.8 Å，被用于从稍大分子CH₄（3.80 Å）中分离出CO₂（3.30 Å）。SSZ-13分子筛膜在天然气净化脱除二氧化碳和氮气杂质气体领域具有较大的潜力。

DDR、MFI、沸石Y及SSZ-13等分子筛膜已用于从CH₄中分离出CO₂，并且对高压、高温具有良好的抵抗力。Himeno等人（Ind. Eng. Chem. Res., 46 (2007), 6989-6997）报道DDR膜，在进料压力为3 MPa，等摩尔混合物中，CO2渗透率为11 × 10^-8 mol m^-2 s^-1 Pa^-1，CO₂/CH₄选择性为80。Kosinov等人（J. Mater. Chem. A, 2 (2014), 13083-13092）制备了一种高硅SSZ-13分子筛膜，在0.6 MPa的进料压力下，其CO₂渗透率为30 × 10^-8 mol m^-2 s^-1 Pa^-1，CO₂/CH₄选择性为42。Tang等人（Int. J. Hydrogen Energy., 44 (2019), 23107-23119）氧化铝管上合成的SSZ-13分子筛膜在短时间内通过油浴加热。这些膜在进料压力为1.8 MPa时的CO₂渗透率为〜59 × 10^-8 mol m^-2 s^-1 Pa^-1，CO₂/CH₄选择性为〜140。高硅SSZ-13分子筛膜和全硅CHA沸石膜在湿气CO₂/CH₄混合物中也表现出良好的渗透性和选择性，因为它们具有很高的耐水蒸气性。

目前关于SSZ-13分子筛膜的制备均是在单通道或盘状载体上，单通道膜装填密度小且机械强度不够高（如表1所示），且这些合成方法都采用静态水热合成。采用多通道载体制备成分子筛膜具有高的填充密度和机械强度等优势。

然而，在多通道载体上制备分子筛膜的难度非常大，其原因是传统的水热合成过程难以保证在中心孔道、次外围和外围等孔道内的结晶过程一致。而在单通道管表面合成膜就不存在这一问题。具体来说，采用传统的静态水热合成时，多通道的中心通道内的溶胶无法从主体溶胶中获得足够补充，而外层通道要好于内部通道，这将导致膜形成的不均匀性。单通道SSZ-13分子筛膜的合成均采用普通的静态水热合成法。

发明内容