[发明专利]富含毛沸石的T型分子筛膜及制备方法以及在气体分离中的应用

说明书

技术领域

本发明提供了一种简便制备具有适合工业应用的高性能T型分子筛膜的方法，且涉及到气体分离的方法和气体分离装置，属无机膜材料制备与气体分离应用领域。

背景技术

随着人们对地球环境的关注，人为排放的CO₂需要收集并储藏起来，工业排放的CO₂将会受到严格控制。含CO₂混合气体分离的两个最具应用前景的领域为高炉煤气中CO₂收集和天然气中CO₂的分离，两者均可大幅度减少CO₂气体排放，减少地球温暖化。同时，天然气中CO₂分离具有巨大的经济效益。

传统的CO₂混合气体分离有变压吸附、深冷等方法。这些方法的主要缺点是能耗高、工艺复杂。膜分离技术由于具有高效、节能、环保和易于控制等特点，在气体分离领域将有广泛的应用前景。已有报道将膜分离应用于小分子气体混合物：CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、O₂、N₂、CO、H₂、C₃H₆和C₃H₈等和有机混合蒸汽：n-C₄H₁₀、i-C₄H₁₀、n-C₄H₆、i-C₄H₆、cyclo-C₆H₁₀、C₆H₆、m-xylene、p-xylene和o-xylene等的分离。在已公布的专利申请和论文中，应用从小分子气体混合物中透过CO₂的膜主要为有机膜，这些膜材料主要为纤维素及其衍生物、聚烯烃组合物、聚乙烯胺和聚酰亚胺及与其它有机和无机基质的复合膜。近年来，无机膜特别是分子筛膜的研究也取得了较好的成果，这些膜材料包括ZSM-5、DDR、NaY、T、SAPO-34和NaA型分子筛。

采用膜分离从CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、N₂和CO混合物中分离出CO₂的过程，仍然存在很大的挑战。原因是这些气体分子的尺寸在0.28～0.5nm的范围，既要满足具有高的渗透通量，又要有较高的分离选择性，要求膜层应足够薄且膜层的孔径分布均匀，孔径尺寸小于1nm。

CN1424135A、CN01144974.8、CN02825964.5、US6579331B1、US4130403和JP11179177等专利公布了几种典型的有机膜合成和在CO₂混合气体中的分离性能。有机膜在常温常压下对CO₂/CH₄、CO₂/N₂体系的分离具有一定的选择性。然而，其热稳定性能普遍较差，不能应用于高炉煤气中CO₂的脱除，且在高的CO₂和CH₄压力或液态烃存在的条件下，容易发生塑化和溶涨(J Membr Sci，2000，175：181.)。因此，难以找到适合高炉煤气和天然气分离的有机膜。

无机分子筛膜材料具有耐高温、化学稳定性好和规则孔道的特点，在应用于高炉煤气和天然气中CO₂分离过程中，可以避免上述有机膜存在的弊端，具有实现工业化应用的潜力。