[发明专利]AlPO-18分子筛膜的制备方法和应用

说明书

本发明提供了AlPO‑18分子筛膜的制备方法和应用，该制备方法以成本较低的N,N‑二异丙基乙胺为单一模板剂，以异丙醇铝为铝源、磷酸为磷源，先制备纯相AlPO‑18分子筛为晶种，然后在大孔莫来石等支撑体上诱导水热合成具有高气体分离性能的AlPO‑18分子筛膜。其在180℃下晶化15h便可得到表面含少量AFI杂晶的AlPO‑18分子筛膜。该方法大大降低成本，缩短合成时间，且操作便捷。在压差为0.1MPa时，AlPO‑18分子筛膜对CO₂/CH₄及N₂/CH₄的理想选择性分别达88和13.69，且CO₂、N₂的渗透量分别约(7.39和1.15)×10^‑7mol/(m²·s·Pa)。

技术领域

本发明涉及合成AlPO-18分子筛膜的方法，以及AlPO-18分子筛膜的应用，属分子筛膜的制备及应用领域。

背景技术

甲烷(CH₄)作为一种新型的清洁能源，可用于日常生活的发电、烹饪和燃料等方面，而天然气这种主要成分为甲烷的低碳能源已经广泛应用于日常生活当中。二氧化碳(CO₂)作为天然气中的酸性杂质气体，会降低能源燃气热值，且在潮湿环境中时，易腐蚀运输管道，造成资源的浪费。因此提纯天然气，从甲烷中分离出二氧化碳，氮气等杂质气体是非常有必要的。之前提出过胺洗法、低温蒸馏法去除二氧化碳，但其耗能及成本较高。如何高效且低低成本地去除CO₂或N₂是我们面临的主要问题与挑战。

膜分离技术是一种可实现分子水平分离的技术，对环境友好，高效节能，操作便捷。常见的有机膜材料如聚酰亚胺(PI)、聚砜(PS)、醋酸纤维素(CA)等可塑性强，易于放大，但其机械强度差、不耐高温、稳定性差，且在处理大量CO₂气体时，易发生塑化，降低分离性能。无机分子筛膜材料由于具有均一刚性的孔道结构，在天然气纯化方面表现出良好的气体渗透性能和选择性能。AlPO-18是一种由AlO₄^-和PO₄⁺四面体首尾相连通过桥氧键连接组成的具有电中性AEI骨架结构的磷铝分子筛材料，其具有在x,y,z轴方向上直行相通的八元环孔道，孔道直径为由于其均一孔径，在CO₂(动力学直径：)，N₂(动力学直径：)与CH₄(动力学直径：)体系分离上具有很大的应用前景。

目前关于报道的实现气体分离应用的AlPO-18分子筛膜，均是以四乙基氢氧化铵(TEAOH)为模板剂制备合成。Zhang等采用四乙基氢氧化铵成功制备出具有CO₂/CH₄分离性能的AlPO-18分子筛膜(专利公布CN103449475A)；Zhou等同样使用四乙基氢氧化铵为模板剂制备具有CO₂/N₂分离性能的AlPO-18分子筛膜，其中CO₂渗透通量达5.5×10^-7mol/(m²·s·Pa)(专利公布CN104785125A)；但模板剂四乙基氢氧化铵的价格昂贵，使得AlPO-18分子筛膜的制备成本较高，不利于气体分离工业的发展。N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)同样被报道用于AlPO-18分子筛的合成且价格低廉，但目前尚未有运用单一DIPEA为模板剂制备适用于气体分离的AlPO-18分子筛膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低的单一模板剂合成具有优异气体渗透性能AlPO-18分子筛膜的方法，用来合成高结晶度的AlPO-18分子筛膜产品。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种AlPO-18分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：