[发明专利]一体式多根陶瓷中空纤维分子筛膜制备方法

说明书

本发明涉及一体式多根中空纤维分子筛膜制备方法，陶瓷中空纤维分子筛膜是由陶瓷中空纤维载体和分子筛膜层构成。具体步骤如下：将中空纤维载体一端插入多孔基座中，基座与中空纤维载体接触部分采用密封材料密封，另一端插入相同的基座中，密封后形成一体式多根中空纤维载体组件。在该组件上涂覆一层均匀的晶种层，采用水热合成法在晶种化中空纤维载体组件上制备分子筛膜。本发明不仅实现中空纤维分子筛膜规模化合成，提高中空纤维分子筛膜制备效率，而且解决了中空纤维分子筛膜应用于高温环境下密封问题，推动中空纤维分子筛膜工业应用进程。

技术领域

本发明涉及一体式多根中空纤维分子筛膜制备方法，属无机膜领域。

背景技术

分子筛膜是由分子筛在多孔载体上堆积而成的致密薄膜，与其他膜材料相比，分子筛膜具有以下几个优点：（1）孔径均一，与一般分子的动力学尺寸接近，能够实现分子水平的分离；（2）具有良好的热化学稳定性；（3）除自身的催化活性外，分子筛中的阳离子具有可交换性，可通过离子交换导入催化活性位。分子筛膜的这种分离和催化双重特性，使其在气体分离、膜催化以及膜反应器等领域具有良好的应用前景。

目前商品化的分子筛膜主要以管式、多通道分子筛膜为主。然后，管式支撑体成本较高，占分子筛膜总成本的70%以上。此外，管式支撑体外径和壁厚较大，存在装填面积低和渗透通量小等劣势，导致分子筛膜分离设备的投资成本较高，制约该技术的规模化推广。

以陶瓷中空纤维载体作为支撑的分子筛膜不仅具有较高的装填密度，而且因其壁薄，能够显著提高分子筛膜渗透通量。中国专利CN 101920170A公布了一种高通量的分子筛透醇膜及其制备方法，采用YSZ（钇稳定氧化锆）材料纺制中空纤维载体，在该载体上制备MFI分子筛膜。在5wt%/95wt%乙醇水体系中，分子筛膜渗透通量高达7.4 kg/(h·m2)。

然而，中空纤维分子筛膜直径较小，其抗弯强度远远小于现有单管、多通道分子筛膜，在制备和使用过程中，存在易断、易碎等问题，该因素成为影响中空纤维分子筛膜工业化应用进程主要障碍。因此，如何开发一种一体式多根中空纤维分子筛膜制备方法既能提高膜合成效率又能提高膜应用强度是目前亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一体式多根陶瓷中空纤维分子筛膜制备方法。该方法不仅实现分子膜批量化的制备，而且设计的一体式多根中空纤维膜组件，实现了中空纤维分子筛膜应用过程中模块化组装，成功解决了中空纤维分子筛膜使用过程中密封难、强度差等瓶颈问题。

一体式多根中空纤维分子筛膜制备方法，包括如下步骤：

第1步，将中空纤维载体的一端插入多通道基座上的孔道中，然后在多通道基座表面的中空纤维载体与孔道相邻的位置加入密封材料，再使密封材料固化，形成基座密封结构；再在中空纤维载体的另一端制作上述的基座密封结构；

第2步，将第1步中制备得到的一体式多根中空纤维载体组件置于晶种溶液中，使中空纤维载体1的外表面涂覆上晶种，取出后干燥，再将组件放置于制膜液中进行水热合成，依次经过清洗、干燥、获得一体式多根陶瓷中空纤维分子筛膜。

所述的第1步中，所述的单根陶瓷中空纤维载体具有小于或等于7个通道。

所述的第1步中，所述的陶瓷中空纤维载体由α-Al2O3、YSZ(氧化钇稳定氧化锆)、TiO2中的一种或两种组成，其平均孔径为0.2～2.0 μm，孔隙率为25～55%。

所述的第1步中，所述的多通道基座材料为聚四氟乙烯、陶瓷或金属。

所述的第1步中，所述的密封材料为环氧树脂、有机硅或者陶瓷密封剂。

所述的第2步中，涂覆晶种的方式选自浸渍提拉或者真空抽吸。