[发明专利]一种超薄MFI分子筛膜的快速经济的合成方法

说明书

本发明涉及一种超薄MFI分子筛膜的快速经济的合成方法，将晶种负载在多孔陶瓷载体上，在分子筛膜合成母液浸渍后，在只有少量液体(分子筛膜合成母液，且与膜管无直接接触)的晶化釜中晶化，并最终形成连续的分子筛膜。与现有技术相比，本发明合成出超薄的MFI分子筛膜，膜的厚度与晶种层的厚度直接相关，可以控制在200～2000纳米，从而大幅降低了传质阻力，提高了渗透率。并且避免了传统水热合成所需要大量合成母液，原料利用率大幅提高，属于原子经济合成，分子筛膜的合成速度大幅提高，即使是在较低的温度下，也可极快的合成分子筛膜，合成效率高。此法也可适用于其它分子筛膜的合成。

技术领域

本发明涉及分子筛合成领域，尤其是涉及一种温和条件下快速制备超薄MFI分子筛膜的经济合成方法。

背景技术

无机分子筛膜是在多孔载体上制备一层连续、致密、均匀的分子筛而得到。由于无机分子筛膜具有孔径均一、耐高温、抗化学溶剂及可进行离子交换等优点，因此在膜催化反应、气体分离、液体渗透汽化分离及环境保护等领域有巨大的应用潜力。例如，在CO₂脱除领域，由于膜分离装置具有能耗低、连续性操作、设备投资低、体积小、易维护等优点，因此非常适合高CO₂含量的苛刻分离环境。

目前，在多孔载体上制备无机分子筛膜的方法主要有：原位水热合成法、二次合成法及干凝胶法等。原位水热合成法是将多孔载体直接放入合成母液中，在水热条件下，使分子筛在载体表面生长成膜。该方法操作简单，但是膜的质量受多种因素影响，需反复晶化合成，使得分子筛膜比较厚。二次生长法是将多孔载体预涂晶种，再置于合成母液中原位水热晶化成膜。该方法是对原位水热合成法的改进。申请号为200580008446.8的中国发明专利申请披露了一种高选择性支撑式SAPO薄膜，通过使多孔薄膜支撑物的至少一个表面与老化合成凝胶接触，制备出高选择性支撑式SAPO薄膜。申请号为200810050714.8的中国发明专利申请披露了一种选择性分离甲烷气的SAPO-34分子筛膜的制备方法，采用晶种诱导二次合成的方法合成出分离甲烷气的SAPO-34分子筛膜。

传统的二次生长法是目前的主流合成方法，存在着方法简单，成膜质量较好的优点。但二次生长法难以制备得到超薄的分子筛膜(通常为2～10微米)，导致了较高的传质阻力和较低的渗透率，这严重制约了其商业化应用。此外，水热合成母液的原料利用率极低，导致极大的浪费和三废排放，不符合绿色化学的理念。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超薄MFI分子筛膜的快速经济的合成方法，解决了现有技术中原料利用率、且难以制备得到超薄分子筛膜的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超薄MFI分子筛膜的快速经济的合成方法，将晶种负载在多孔陶瓷载体上，在分子筛膜合成母液浸渍后，在只有少量液体(分子筛膜合成母液，且与膜管无直接接触)的晶化釜中晶化，将晶种层中的无定型颗粒定点转化为分子筛晶体，并最终形成连续的分子筛膜。所制得的MFI分子筛膜厚度可在100～2000纳米之间，具有极高的分离性能，具体包括以下步骤：

(1)将全硅Silicalite-1分子筛晶种均匀涂到多孔载体上；

(2)将浸涂后的多孔载体置于MFI分子筛膜合成母液中浸泡，取出转移到晶化釜中；

(3)在晶化釜的釜底放置少量模板剂溶液或MFI分子筛膜合成母液并与多孔载体无直接接触，然后在60～220℃的条件下晶化1～240小时，作为优选的方式，温度可以采用低温如75～120℃，时间为1～24小时，将涂布的晶种层转化为MFI型分子筛膜，从而得到与预涂的晶种层厚度相当的超薄MFI分子筛膜，可以控制在1微米以下，采用的晶化不是传统的水热合成，而是类似于干凝胶转化过程，从而只需极少量的模板剂溶液或分子筛膜合成母液，原料利用率大幅提高；

(4)高温焙烧得到活化的MFI分子筛膜。