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耐酸沸石膜微观结构的设计与调控

时间:2016-06-21 15:10来源:精细化工国家重点实验室 作者: 点击:

 

 膜分离作为高新技术,具有节能、清洁、高效、兼容性强等优越性,在国家节能减排、资源高效转化和环境保护中发挥重要作用。沸石分子筛膜为膜科学与技术的前沿和热点领域之一。如何构建高通量、高选择性和高稳定性分离膜是膜科学与技术的核心任务

化工学院副教授、精细化工国家重点实验室青年骨干杨建华课题组针对沸石分子筛膜的亲水性和耐酸性矛盾的科学问题,通过对沸石膜的微观结构的设计,构建了一种调控沸石膜的亲水性与耐酸性的新策略,在保持体相的亲水性的同时提高了介观尺度的耐酸性,首次制备了硅铝元素微观空间分布均匀的ZSM-5沸石膜 (Chem. Commun. 2014, 50, 14654), 该膜表现了“三高”乙酸脱水分离性能。在此基础上,针对正丙醇、异丙醇、正丁醇和异丁醇等醇类脱水分离体系的分子物性,对ZSM-5 沸石膜的厚度和体相硅铝比微观结构进行设计,通过铝前驱体、F-矿化剂等关键因素对ZSM-5沸石膜体相的硅铝比、膜的厚度进行了精准的调控,制备了对醇类有机物水溶液中水表现了专一的高通量ZSM-5沸石膜 ( AIChE J. 2016, DOI: 10.1002/aic.15234 ) , 该膜的分离性能为国际文献报道的最佳值。这系列工作突破了第一代沸石膜NaA分子筛膜在工业化应用中酸性环境下性能低劣的技术瓶颈,引领第二代沸石膜即耐酸性沸石膜的研制,并为其工业化应用奠定了基础。

 

在上述研究的基础上,该课题组对沸石膜骨架异原子的选择性和专一性进行了研究,面向水中少量有机物分离的需求,设计了B-ZSM-5沸石分子筛膜,将B原子同晶掺杂进入MFI沸石骨架结构中,利用B原子对B-ZSM-5沸石晶体生长的促进作用调变了膜层中的硅羟基提高了B-ZSM-5 膜材料的疏水性,研制了高性能的透醇B-ZSM-5沸石膜 (AIChE J. 2016, 62, 2447-2458),展示了沸石膜在燃料乙醇等生物化学品中的应用愿景。

 

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