[发明专利]在α-Al2O3支撑体表面合成PHI型分子筛膜的方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种分子筛膜的合成方法，具体涉及一种在α-Al₂O₃支撑体表面合成PHI型分子筛膜的方法，属于无机膜材料制备的技术领域。

技术背景

膜分离技术是一种新型高效的分离技术，近年来在化工、食品、医药等行业得到广泛应用。渗透汽化(Pervaporatiom，简称PV)是膜分离技术的一种，它是一种高效率、低能耗、投资少的新工艺。其分离原理不受热力学平衡的限制，主要取决于膜与渗透物组分之间的相互作用，特别适合于蒸馏法难以分离或不能分离的近沸点、恒沸点混合物以及同分异构体的分离，对有机溶剂脱水、水中脱除有机物和有机混合物的分离具有明显的经济和环保优势。分子筛膜作为一种新型的无机分离膜，具有孔径小、均匀一致、热稳定性好、离子交换性能好、优良的择形催化性能和易改性及具有多种类型可供选择，是无机膜发展的一个重要方向。

沸石分子筛膜是一类具有规则微孔道结构的无机膜材料，其孔径在1nm以下，借助孔道的吸附选择性或分子筛分特性，沸石分子筛膜能够实现不同分子间的分离。由于其具有优良的择形分离与催化性能，且具有耐高温、抗化学腐蚀及机械强度高等特点，因而备受人们关注，在分离、催化及离子交换等方面有广阔的应用前景。PHI型分子筛膜具有8圆环孔道结构和优异的亲水性能，表现为很高的水选择渗透性，在有机溶剂脱水方面具有很好的应用前景。低硅含量的分子筛膜具有低酸稳定性，而高硅含量的分子筛膜又容易引发其憎水性，Yoshimichi Kiyozumi等通过研究表明，PHI作为一种高硅含量的分子筛膜既具有高的酸稳定性又有强亲水性，所以PHI分子筛膜具有很强的研究价值。

PHI分子筛膜的合成方法主要有原味水热合成法、微波水热合成法和二次生长法等。原味水热合成法是将支撑体(支撑体)放入分子筛合成母液中，在水热条件下，使分子筛晶体在支撑体表面生长成膜。该法是迄今为止报道最多的，也是最常用的分子筛膜合成方法。

20世纪90年代初，随着微波化学的兴起，人们在传统的水热合成基础上开发出一种新的合成方法——微波水热合成方法。微波合成分子筛具有快速、均匀等优点，合成的分子筛粒径均匀，一般小于常规加热得到的分子筛膜.然而快速和均匀对于合成致密超薄分于筛膜来说至关重要，因此，近几年微波加热合成分子筛膜成为一种新的于段。

二次生长法又称晶种法，晶种法的基本原则是用物理的方法(如浸涂等)先在支撑体的表面形成一层分子筛晶种或膜，再把支撑体置于分子筛合成母液中，在一定的水热合成条件下，晶化成膜，也就是在传统的原位水热合成前增加了分子筛晶种的预涂布过程。Yoshimichi Kiyozumi等用二次生长法在支撑体上制得了PHI分子筛，先制得晶种悬浮液，用普通浸涂法或静电沉积法在支撑体表面涂布晶种，经干燥、焙烧和二次生长即得分子筛膜，但其晶形不够完整、致密。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在α-Al₂O₃支撑体表面合成PHI型分子筛膜的方法，采用本发明方法合成PHI型分子筛膜操作简便，反应周期短。该方法合成出的分子筛膜晶形完善、结构致密，且具有良好的渗透性能，合成过程可重复性高，膜的使用寿命长，适于工业放大。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种在α-Al₂O₃支撑体表面合成PHI型分子筛膜的方法，包括如下步骤：

(1)晶种合成液的配制：按Na₂O、K₂O、SiO₂、Al₂O₃和H₂O的摩尔比为a₁、b₁、c₁、1和d₁配置碱、硅源、铝源及去离子水，其中，碱来源Na₂O和K₂O，a₁＝1.5～2.5，b₁＝0.2～0.5，c₁＝4～8，d₁＝80～108；

(2)支撑体预处理：α-Al₂O₃支撑体使用前用细砂纸打磨平整，然后在超声波清洗器中用去离子水洗涤干净，再经120℃～140℃处理后置于无尘处备用；

(3)晶种引入：将支撑体在晶种合成液中浸渍5～10秒引入晶种，将已引入晶种的支撑体于60～100℃干燥1～2d；