[发明专利]一种CHA分子筛膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于分子筛膜材料制备与气体分离应用领域，具体涉及一种CHA分子筛膜及其制备方法和应用。所述制备方法是在多孔载体表面合成孔道有序、耐酸抗腐、高SO₂/NO₂选择性、长期稳定的CHA分子筛膜。所述CHA分子筛膜的硅铝的物质的量之比为5～1000或所述CHA分子筛膜为纯硅，高硅铝的物质的量之比的CHA分子筛膜具有较高的耐酸性和稳定性。所述CHA分子筛膜对于SO₂/NO₂分离系数达到8～45，SO₂渗透通量达到5～60×10^‑8mol·m^‑2·Pa^‑1·s^‑1。本发明的CHA分子筛膜具备适宜的孔道尺寸及表面极性，在低温下可形成SO₂/NO₂筛分效应并促进对SO₂的吸附选择性。

技术领域

本发明属于分子筛膜材料制备与气体分离应用领域，具体涉及一种CHA分子筛膜及其制备方法和应用。

背景技术

工业烟气中的SO₂和NO_X是形成大气污染和酸雨的主要原因，据统计，我国年均SO₂和NO_x排放量已超过2000万吨，居世界首位。近年来，烟气多污染物的协同吸附脱除及资源化技术备受认可且应用广泛，如在美国得到规模应用的可同时吸附脱除SO₂和NO_x(脱除率均可达90％)且实现再生的NOXSO技术、日本Rokkasho核废料处置公司回收NO_x(回收率达95％，纯度达99.8％)所采用的真空变压吸附技术等。可见，吸附法净化及资源化是综合处理烟气污染物的重要方法。

SO₂除了用作硫酸与肥料生产的基础原料外，其本身也广泛用于农产品加工(浸泡液、保险液)、造纸行业(漂白剂)、石化(精练剂)、化工(胶水、明胶的生产)等领域。NO₂在火箭燃料中用作氧化剂，在工业中往往用于制硝酸、硝化剂、氧化剂、催化剂、丙烯酸酯聚合抑制剂等工业试剂。可见，高纯SO₂与NO₂具有重要应用价值，因此将这些氧化气体进行捕集回收并资源化利用，变废为宝，同时也解决了环境污染问题，一举两得。

烟气中的NO_x以NO与NO₂为主要成分，此外还含有少量的N₂O₃，N₂O与N₂O₅等。在吸附净化的过程中，由于NO为永久气体，通常吸附量极低，须被氧化成NO₂方能被有效吸附，而NO₂则可在较宽的温度、湿度范围内均能被大量吸附。诸多研究表明，NO₂为吸附剂再生解吸气中NO_x的主要成分。因此，在烟气多污染物吸附净化工艺中，解吸气中的污染气体主要为SO₂与NO₂，若要对二者进行无损回收、富集及资源化，SO₂/NO₂的有效分离至关重要。然而，SO₂与NO₂的沸点与分子直径分别是-10℃、21℃与二者的的沸点、分子大小均较为接近，无论是采用传统的精馏法还是变温/变压吸附法，都存在较大难度。

利用分子筛膜进行气体分离是近年来分子筛膜研究的热点，其特殊的尺寸效应以及吸附特性，不仅能够有效的将不同气体进行分离，更极大程度上节约了能源，并保证了分离过程的连续性。具有较小孔隙的沸石可提供用于分离轻质气体，因为这些沸石的孔径小于接近许多轻质分子的动力学直径。CHA是具有17.3％孔隙度和孔隙的三维沸石。该孔隙与轻质气体分子直径相当，对烃类与CO₂、H₂和其他小分子混合物具有较大的筛分作用，能够实现较高选择性和渗透性。