[发明专利]一种无缺陷DD3R分子筛膜的活化工艺

说明书

本发明涉及一种无缺陷DD3R型分子筛膜的活化工艺，使用此工艺进行DD3R分子筛膜活化脱除模板剂可制备出无缺陷的DD3R分子筛膜，兼顾高选择性和高渗透性。该工艺能够有效避免膜晶间缺陷的形成，保证膜层的致密性。与低温臭氧活化脱模板剂方法相比，制备效率显著提高。

技术领域

本发明提供了一种无缺陷DD3R型分子筛膜的活化工艺，具体涉及到在DD3R分子筛膜煅烧活化前进行预处理，经过预处理的膜在后续煅烧活化过程中无缺陷产生，从而获得高分离性能的分子筛膜，属于无机材料领域。

背景技术

分子筛拥有规整的孔道结构、独特的吸附性能以及离子交换性能，在化学工业中应用十分广泛，如催化剂，吸附剂以及离子交换¹。根据分子筛的孔径分布与吸附特性，分子筛膜在小分子分离应用中表现出巨大的分离潜力²。近些年来，许多学者研究了不同分子筛膜在气体分离、溶剂分离以及传感等领域的应用。尽管分子筛膜应用潜力巨大，但合成高质量的分子筛膜仍然充满挑战。提高分子筛膜的分离选择性，关键在于如何减少甚至消灭晶体间缺陷。即使少量的缺陷也会对分离选择性造成巨大的负面影响，尤其是在气体分离领域。研究者们发现活化分子筛膜时，膜层与多孔载体间热膨胀系数的不匹配性会导致热应力的出现，使得膜层产生缺陷^3-5。

全硅型DDR（DD3R）分子筛是一种全硅的分子筛，由氧环将[4³5⁶6¹]，[5¹²]，[4³5¹²6¹8³]3种类型的多面体结构单元连接而成。DD3R分子筛孔径大小为0.36 nm×0.44nm，介于大部分小分子气体动力学直径之间，在小分子气体分离领域具有巨大的潜力。

尽管DD3R分子筛膜的气体分离性能出众，但是自2004年日本NGK首次制备出DD3R分子筛膜后，很长一段时间内都没有课题组能够重复性制备出DD3R分子筛膜。主要原因是DD3R分子筛膜一般在模板剂金刚烷胺(ADA)结构诱导作用下生长而成，当膜经过高温煅烧脱除模板剂后晶体出现缺陷，从而使得制备出的DD3R分子筛膜几乎无分离性能^6-9。DD3R分子筛在高温区间（219~910℃）的热膨胀系数为-8.7×10^-6 K^-1，并且活化过程中晶胞体积会减少5%。而常见氧化铝载体的热膨胀系数为7.5×10^-6 K^-1。因此，传统高温煅烧是DD3R分子筛膜产生大量缺陷的主要原因。

1.J. Gascon, F. Kapteijn, B. Zornoza, V. Sebastián, C. Casado and J.Coronas, Chemistry of Materials, 2012, 24, 2829-2844.

2.J. Caro and M. Noack, Microporous and Mesoporous Materials, 2008,115, 215-233.

3.M. L. Gualtieri, C. Anderson, F. Jareman, J. Hedlund, A. F.Gualtieri, M. Leoni and C. Meneghini, J. Membr. Sci., 2007, 290, 95-104.

4.Z. P. Lai, M. Tsapatsis and J. R. Nicolich, Advanced FunctionalMaterials, 2004, 14, 716-729.

5.J. Hedlund, F. Jareman, A. J. Bons and M. Anthonis, J. Membr. Sci.,2003, 222, 163-179.