[发明专利]浸涂-滚擦涂晶法合成分子筛膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及分子筛膜的合成方法，尤其涉及一种浸涂-滚擦涂晶法合成分子 筛膜的方法。

背景技术

分子筛是一种以硅氧四面体和铝氧四面体为基本骨架形成的微孔无机晶体 材料。分子筛作为无机膜材料具有以下优点：1)分子筛具有规范整齐的孔道， 孔径分布单一；而且分子筛的孔道尺寸大小和许多重要的工业原料的分子尺寸 大小相近，分子可以通过分子筛分或择形扩散得到分离。2)分子筛具有良好的 化学稳定性和热稳定性。3)分子筛结构的多样性导致其性质的多样性，如不同 的孔径大小，不同的亲疏水性，因而，可以根据不同的分离要求选择合适的分 子筛作为膜材料。4)分子筛孔道和孔外表面的可修饰性导致分子筛孔径和吸附 性能的可调变性，从而可以实现分离的精确控制。5)分子筛的催化活性可以实 现反应-分离一体化。所以分子筛膜有着广泛的应用前景，分子筛膜在气体分离、 蒸汽分离、液体渗透汽化分离、膜催化反应、主客体反应、环境保护、生命工 程、电极及传感器等众多领域都可得到应用。

正因为分子筛膜有着独特的特性和广泛的应用前景，分子筛膜的研究引起 人们的广泛关注和兴趣，自从Suzuki等人于1987年首次以专利形式报道了在 多孔载体上合成了分子筛膜以来，分子筛膜的研究取得了重大的进展，到现在 为止，人们已在多种载体上成功合成了MFI、FER、MOR、A型、Y型、SAPO-5、 SAPO-34、AlPO4-5、L型、P型、TS-1、UTD-1等分子筛膜。

分子筛膜合成的基本步骤包括：1)载体(或称基膜)的处理和准备；2) 反应液配制；3)载体和反应液在一定条件下反应成膜；4)反应后处理。分子 筛膜的合成方法有很多，大体可以分为三种：a)直接法，是指直接把载体浸到 配好的反应液中，在一定条件下反应成膜；b)间接法，是指先在载体表面引入 一层均匀分散的分子筛晶种，然后水热合成分子筛膜，这种方法通常也称为二 次合成法；c)化学气相迁移法，先制备分子筛的前躯体干凝胶，然后在水蒸汽 或含模板剂的水蒸汽中处理后获得分子筛膜。合成分子筛膜最直接、最简单的 方法是直接法，也是目前常用的合成方法。但是，采用直接法合成的分子筛膜 的性能在很大程度上依赖载体的性能，很难在短时间内获得无缺陷的分子筛膜， 尤其很难合成高性能的分子筛膜，因此缺乏工业应用价值。化学气相迁移法主 要用来合成高硅含量的分子筛膜，适用性差，且条件苛刻，工艺复杂，还没有 工业应用价值。二次合成法是指先在载体上引入一层分子筛晶种，直接在载体 表面提供成核中心，然后晶种化载体在合成液中水热合成分子筛膜。二次合成 法最显著的优点是能把成核过程和晶体生长过程分开，抑制晶核转变成其它晶 体，提高分子筛膜的纯度。此外，二次合成法能缩短成核和晶体生长时间，加 快载体表面分子筛膜形成，提高结晶度。

分子筛膜的形成机理是一个非常复杂的问题。简单地说，目前主要有两种 较成熟的观点：即液相成核机理和固相成核机理，也有人认为这两种机理会同 时发生。人们对分子筛膜形成机理的研究由来已久，现在虽尚未达成一致的观 点，但大家普遍认为：合成液中的铝酸根离子和硅酸根离子在晶核的诱导下结 合形成硅铝无定形相后，通过离子迁移被吸附到载体表面，然后结晶成膜。二 次合成法先在载体上引入一层分子筛晶种，直接在载体表面提供成核中心，诱 导合成液中的铝酸根离子和硅酸根离子迁移到载体表面，然后晶化成膜。二次 合成法最显著的优点是能把成核过程和晶体生长过程分开，从而在一定程度上 人工控制分子筛膜的合成。