[发明专利]用于制备离子交换沸石膜的真空辅助法

说明书

本申请要求受益于2013年05月07日提交的美国临时申请No. 61/820,400。

本申请一般涉及制备离子交换沸石膜的方法并且特别涉及在膜的一侧 在大气压力或更高的压力使用液相并且在膜相反的一侧在低于大气压力下 使用气相的方法。

沸石膜是支撑在具有耐小规模运输的刚性多孔基材(例如不锈钢、玻璃 板以及氧化铝盘或管)上的多晶薄膜。已知可以通过离子交换树脂控制沸石 材料的吸收、扩散和催化性质。

Aoki等人(Micropor.Mesopor.Mater.39(2000),第485-492页)介绍了对 具有氢(H⁺)、钠(Na⁺)、钾(K⁺)、铯(Cs⁺)、钙(CA²⁺)和钡(BA²⁺)阳离子的ZSM-5 沸石膜使用具有25和600的硅铝比例的原位合成膜在不锈钢载体上在200 转/分(rpm)的搅拌下在交换溶液中在95摄氏度(℃)下进行2小时的原位离子 交换的研究。

Tarditi等人(SeparationandPurificationTechnology61(2008),第136-147 页)研究了离子交换ZSM-5膜以及Cs+、Ba2+和锶阳离子对膜性能的影响。 对于离子交换，Tarditi等人在80℃下将在不锈钢管式载体上合成的膜在交换 溶液中浸泡24小时，之后对其进行洗涤和干燥。

S.Murad等人在“Ion-exchangeofmonovalentandbivalentcationswith NaAzeolitemembranes:amoleculardynamicsstudy”，MolecularPhysics:AnInternationalJournalattheInterfaceBetweenChemistryandPhysics,102:19-20 (2004),第2103-2112页中报道了在氯化锂(LiCl)和氯化钙(CaCl₂)水溶液和 NaA沸石膜之间离子交换的分子模拟，这是因为在超临界和亚临界电解质溶 液中的单价和二价阳离子和沸石膜中的Na+之间的离子交换的典型性。这种 模拟使用了包括通过NaA沸石膜将溶剂隔膜间隔开的由LiCl或CaCl₂水溶 液组成的溶液隔膜的体系。为了方便流动穿过膜，Murad等人在溶液隔膜中 使用了显著高于溶剂隔膜中的压力的压力，但是却没有明确指明该压力。 Murad等人在2107页中指出，即使在模拟中溶剂压力明显低于溶液压力， “Na+并没有移动进入溶剂隔膜(膜表面上的菲薄膜吸附层)”。同样参见S. Murad等人的“MolecularsimulationsofionexchangeinNaAzeolite membranes”，ChemicalPhysicsLetters369(2003),第402-408页。从Murad 等人的论文附图中，可以清楚的看到大部分的离子交换发生在膜两侧附近。

相对于这些常规离子交换法达到的效果，还期望在沸石膜中增加阳离子 替代质子的量。