[发明专利]一种SAPO-56分子筛膜及其制备方法

说明书

本发明具体涉及了一种SAPO‑56分子筛膜及其制备方法。本发明的方法以N,N,N′,N′‑四甲基‑1,6‑己二胺为模板机，异丙醇铝为铝源，磷酸为磷源，硅溶胶为硅源，经水热合成法在氧化铝支撑体上制备SAPO‑56分子筛膜，并在臭氧体系中脱除模板机。制备得到的SAPO‑56分子筛膜和其制备方法为首次报道，在臭氧环境中活化膜表面使得在低温下可以脱除模板剂等方法都是本发明的主要改进点。

技术领域

本发明提供了一种SAPO-56分子筛膜及其制备方法，首次成功在多孔氧化铝支撑体上制备出SAPO-56分子筛膜，属于无机材料领域。

背景技术

天然气是和石油、煤炭并列的重要能源和化工原材料。二氧化碳是天然气（有效成分为甲烷）的主要杂质气体，不仅降低天然气的燃烧热值，而且在潮湿情况下对输气管道造成腐蚀。目前分离CO₂的方法主要包括有机胺吸收脱除与有机膜分离。胺吸收存在设备投资高、体积庞大、吸收剂再生能耗高等问题。膜分离具有能耗低、连续性操作、设备投资低、体积小、易维护等优点，但是有机膜在高二氧化碳浓度和高碳烃存在下易发生碳脆等现象，影响膜的分离性能和稳定性。近年来，无机膜，特别是分子筛膜，凭借着良好的机械稳定性能、耐腐蚀性和较高的热稳定性，对天然气中CO₂的处理具有广阔的应用前景。分子筛膜具有均匀的分子尺度孔道和独特的吸附性能，它可以利用气体分子扩散系数的差异和吸附性能的不同来实现分离。通过选择具有合适孔径的分子筛，不同气体分子在分子筛孔道中的扩散系数可以有几个数量级的差别，因此可以获得极高的扩散选择性。同时，气体分子在分子筛晶体孔道中的选择性吸附也能得到较高的选择性。CO₂的分子动力学直径为0.33 nm,CH₄的分子动力学直径为0.38 nm,因此小孔的分子筛膜，如DDR型 (0.36×0.44 nm)、T型(孔径0.36×0.51 nm)和SAPO-34(0.38 nm)等，其孔径与CH₄气体分子动力学直径相似,而又略大于CO₂气体分子动力学直径,在分子筛分和竞争吸附协同作用下,这些分子筛膜具有较高的CO₂/ CH₄分离性能。

SAPO-56分子筛具有AFX型拓扑结构和三维相通的8元环孔道，其孔径大小为0.34×0.36 nm，介于CO₂（0.33 nm）和CH₄（0.38 nm）之间。吸附测试显示SAPO-56分子筛对CO₂吸附可以达到5.46 mmol/g (273 K, 101 kPa), 明显高于SAP0-34分子筛等其他小孔分子筛。同时SAPO-56分子筛孔道尺寸小于上述分子筛，因此，SAP0-56分子筛在分离CO₂/CH 4体系时能表现出明显高的优选吸附和分子筛分作用【Cheung O, Liu Q, Bacsik Z, HedinN，Microporous and Mesoporous Materials ,2012,156,90–96；Bacsik Z, Cheung O,Vasiliev P, Hedin N，Applied Energy，2016,162,613–621】，但是，目前尚未有成功合成SAPO-56分子筛膜的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔氧化铝支撑的SAPO-56分子筛膜的制备方法，本方法属于首次提出在多孔氧化铝载体上制备出致密的硅磷酸铝型SAPO-56分子筛膜。

本发明的第一个方面：

一种SAPO-56分子筛膜，包括有选择分离层和支撑体，选择分离层覆于支撑体的表面；所述的选择分离层是由致密的SAPO-56分子筛所构成；所述的支撑层是由多孔陶瓷所构成。

所述的支撑体的构型选自片式、管式或者中空纤维式。

所述的中空纤维式的支撑体内部的通道数量为1～6个，外径范围是2～6mm，内部通道直径范围是0.3～1.5mm。