[发明专利]一种制备超薄SAPO-34分子筛膜的方法

说明书

本发明涉及一种制备超薄SAPO‑34分子筛膜的方法，制备SAPO‑34纳米晶种；将SAPO‑34纳米晶种涂覆多孔载体管上；配制超浓的SAPO‑34分子筛膜合成母液；将多孔载体管置于分子筛膜合成母液中，置于烘箱中加热，水热晶化得到SAPO‑34分子筛膜，然后洗涤、干燥；高温焙烧脱除模板剂，得到活化的SAPO‑34分子筛膜。与现有技术相比，本发明有效降低了SAPO‑34分子筛膜的厚度至800纳米，从而大幅降低了传质阻力，提高了渗透率，此法也可适用于其它SAPO(硅磷铝型)或AlPO(磷铝型)分子筛膜的合成。

技术领域

本发明涉及膜分离领域，尤其是涉及一种制备超薄SAPO-34分子筛膜的方法。

背景技术

天然气是与石油和煤炭并列的重要能源和化工原料。天然气中的主要成分甲烷的含量通常为75％～90％，除此之外，还含有乙烷、丙烷、丁烷等碳氢化合物及其它杂质，包括水、二氧化碳、氮气、硫化氢等。这些杂质的存在严重影响天然气的存储及运输，需严格控制。因此，全球每年花费50亿美元用于天然气净化，主要是脱除天然气中的CO₂。据统计，美国超过20％的天然气田由于过高的CO₂含量而需要深度处理。壳牌石油公司在俄罗斯萨哈林岛、印度尼西亚和中国南海的天然气田中的CO₂含量甚至高达40％以上。传统的胺吸收虽然能脱除天然气中CO₂，但存在着脱附能耗高，设备投资大，维护复杂等问题，难以得到工业应用。

大量的研究报道表明，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，在CO₂脱除领域有巨大的应用潜力[Ind.Eng.Chem.Res.41(2002)1393]。分子筛膜具有优异的热、化学及机械稳定性，尤其适合高压高CO₂含量天然气的净化，而传统的高分子膜由于塑化现象的存在而无法应用于这样苛刻的分离环境。分子筛膜具有独特的分子筛分和选择性吸附等优点，在天然气脱除CO₂领域内受到越来越广泛的关注。

在不同的分子筛膜中，小孔的T[J.Mater.Chem.14(2004)924]、DDR[Micropor.Mesopor.Mater.68(2004)71]和SAPO-34[J.Membr.Sci.363(2010)29及其引文]分子筛膜最适合CO₂/CH₄分离，因为CO₂在小孔分子筛晶体孔道中的扩散远快于CH₄，可以得到极高的分离选择性，从而可以减少天然气处理过程中的甲烷损耗。SAPO-34是具有CHA结构的小孔硅磷铝型分子筛，其孔径为0.38纳米，非常适合CO₂-CH₄分离。CO₂和CH₄的分子动力学直径分别为0.33和0.38纳米，在SAPO-34孔道中扩散系数差别极大(分子筛分)，同时，极性的CO₂分子在SAPO-34孔道中的吸附较强，吸附也选择CO₂。SAPO-34分子筛膜的分离性能受到骨架硅铝比、晶种大小、模板剂种类、膜的厚度、阳离子种类、CO₂浓度、载体性质、焙烧条件、缺陷修补方法等条件的影响[J.Membr.Sci.335(2009)32及其引文]。