抽空涂晶法合成A型分子筛膜及渗透汽化性能研究(2)

分子筛膜

　　 6 膜　科　学　与　技　术第25卷　

端连接水泵,基膜垂直固定后浸在装满分子筛悬浮液的玻璃管里,打开水泵开关,将基膜内外两侧的压差调为1.0×104～1.5×104Pa,使基膜在分子筛悬浮液中抽空涂晶90s,晾干后在一定温度下烘干固化得晶种化基膜

.

分离系数评价.总透量J、分透量Ji和分离系数α由下列公式确定.

J=

α　Ji=Jxip　i,j=ΔtAxifxjp

其中,W为渗透液的质量(kg);Δt为取样时间间隔

(h);A为分子筛膜的有效渗透面积(m2);Ji为i物种的透量,xip(xjp)为i(j)物种在渗透液中的质量分数

,xif(xjf)为i(j)物种在原料液中的质量分数.

图1　Fig.1theforcoatingbyseedingmethod

1.恒温水槽;2.原料槽;3.循环泵;4.膜组件;5.液氮冷阱;6.三通阀;7.缓冲管;8.真空泵

1.2　A型分子筛膜的制备

称取一定量的氢氧化钠溶于蒸馏水中,澄清后加入铝箔,搅拌形成铝的溶液;量取一定量的硅溶胶加到预先加热的蒸馏水中,充分搅拌;将预先加热的铝溶液缓慢加入硅溶胶中,继续搅拌几分钟.最后溶

液中各组分的组成(摩尔比)为

50Na2O∶Al2O3∶5SiO2∶1000H2O.晶种化基膜固定后垂直放置在高

图2　渗透汽化装置示意图

Fig.2　Schematicdiagramoftheapparatusforpervaporation

2　结果和讨论

2.1　抽空涂晶法合成A型分子筛膜

压反应釜内,倒入反应液,在323～373K下反应2～60h后取出,冷却至室温,用蒸馏水洗涤至中

性,烘干后用于表征和渗透汽化实验.1.3　A型分子筛膜的表征

图3为α-Al2O3基膜、晶种化基膜和A型分

子筛膜的扫描电子显微镜照片,从图3(b)可以看出,抽空涂晶几十秒后,基膜外表面就覆盖了一层均匀连续的A型分子筛晶种.在抽空涂晶中,促使分子筛晶种迁移吸附到基膜表面的驱动力为基膜两侧产生的压力差,由于它比通常的毛细管力和电荷吸引力大得多,所以分子筛晶种能快速地迁移吸附到基膜表面,有助于在短时间内形成紧密的分子筛晶种层,比其他的二次生长法可以节省大量的涂晶时间.另外,由于整个基膜表面的压力差相等,所以分子筛晶种可以均匀地迁移吸附到基膜表面,从而有利于得到更加均匀的分子筛晶种层.均匀、连续、紧密的分子筛晶种层有利于减小基膜化学、物理性能

(d)可以的影响,提高分子筛膜的质量.从图3(c)、看出,二次生长后,基膜外表面形成了一层致密均匀

的A型分子筛膜,分子筛晶粒大小为2～5μm,分子筛膜厚度约为8μm.图4为合成后分子筛膜XRD图,从谱图的衍射峰可以看出,基膜外表面生成了A型分子筛,没有杂晶生成,这表明,抽空涂晶二次生长法有利于抑制A型分子筛转变成其它晶体.表1

烘干后的分子筛膜管用X射线衍射谱考察基膜表面的物相及物相的生长情况,X射线衍射谱图是在日本理学株式会社Dmax/rb粉末衍射仪上获得的.

扫描电子显微镜用于观察基膜表面分子筛膜的生长情况、晶粒大小及膜的厚度,扫描电子显微镜照片在JEM-1200电子显微镜上拍摄,样品表面喷涂金膜.

1.4　A型分子筛膜的渗透汽化性能评价

渗透汽化装置示意图如图2所示.预先加热的异丙醇/水由磁力循环泵从原料槽向渗透池的原料腔输送;恒温水槽控制原料液和渗透池的温度;渗透腔用机械泵抽真空;液氮冷阱用来收集渗透液.间隔一定的时间取样、称重、分析组成,原料液和渗透液的组成由气相色谱分析,渗透汽化的性能由透量和