[发明专利]一种高效分离超薄无缺陷分子筛膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高效分离超薄无缺陷分子筛膜及其制备方法，与现有技术相比，本发明利用层状分子筛易于成膜的优势，优先在载体表面组装层状分子筛层，然后在酸或碱条件下溶解层状分子筛层，产生结构微元层，利用结构微元促进具有相同或相似结构微元的分子筛沿其表面生长的特性，使结构微元层在目标分子筛膜合成液中生长并逐渐形成孪晶，最终形成目标分子筛膜。该方法将二维材料成膜和三维材料成膜的优势相结合，克服了三维材料成膜后膜层厚度厚且有缺陷的问题，制备出高效分离超薄无缺陷的分子筛膜。本发明制备过程简单，容易控制，结晶度高，分子筛膜膜层薄，质量高，分离性能优良，取得较好的技术效果。

技术领域

本发明属于膜分离领域，具体涉及一种高效分离超薄无缺陷分子筛膜及其制备方法。

背景技术

分子筛膜以其孔径可调且均一、孔径大小与分子尺寸相近、较高的化学稳定性、热稳定性和机械强度在分离领域展现出巨大的潜力。但是，厚且带缺陷的膜层严重制约了分子筛膜的应用。由于缺陷的存在，分离混合物通过缺陷“短路”扩散至膜的渗透侧，减弱甚至完全消除分子筛分作用，大大降低分子筛膜的分离性能，甚至使之丧失分离作用。虽然各种分子筛膜的制备方法、后期处理方法以及修补方法不断用来避免或消除分子筛膜中的缺陷，并在一定程度上能够制得较高质量的分子筛膜，但是，分子筛膜中缺陷仍然无法彻底消除。

值得指出的是，膜层厚度随着合成或处理次数的增加而逐渐增厚，大大增加了物质穿过膜层的阻力，降低了分子筛膜的渗透性能。研究发现，如果将分子筛膜膜层厚度控制在纳米级，分子筛膜的渗透通量会提高几倍，甚至几个数量级。考虑到目前分子筛膜厚度普遍在微米级且渗透选择性较差，降低膜层厚度的任务任重而道远。因此，如何有效地提高膜层质量并降低膜层厚度，成为高渗透通量、高选择性分子筛膜制备过程中亟待解决的重要科学问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效分离超薄无缺陷分子筛膜的制备方法。首先在粗糙载体上组装层状分子筛层，然后二次处理层状分子筛层制备结构微元层，最终利用结构微元层构筑目标分子筛膜。该方法将二维材料成膜和三维材料成膜的优势相结合，克服了膜层厚度厚且有缺陷的问题，制备出高效分离超薄无缺陷的分子筛膜。

本发明另一目的在于提供一种高效分离超薄无缺陷分子筛膜，膜层薄且均一，致密性好，稳定性好，重复性高，性能优良。

本发明具体技术方案如下：

一种高效分离超薄无缺陷分子筛膜的制备方法，包括以下步骤：

1)在多孔载体表面组装层状分子筛；

2)将步骤1)处理后的多孔载体在酸性或碱性溶液中处理，使层状分子筛溶解产生结构微元层；

3)步骤2)处理后的多孔载体与目标分子筛膜合成液进行晶化合成，制得高效分离超薄无缺陷分子筛膜。

步骤1)中，所述的多孔载体为片状或管状中空结构，优选为多孔陶瓷或多孔金属。

步骤1)中所述的层状分子筛包括但不限于以下结构类型的分子筛：CDO、MWW、FER、层状MFI、层状AFO或层状MOF分子筛。

步骤1)中所述的层状分子筛的径厚比大于20，厚度小于500nm。

步骤1)中所述的层状分子筛与步骤3)中的目标分子筛膜中的分子筛具有相同或相似结构微元，如都具有相同的次级结构单元、层状碎片等。如MWW和CHA分子筛都含有双六元环次级结构单元、CDO和MFI分子筛都含有mor次级结构单元、MWW和SOD分子筛含有相似的层状碎片。

步骤1)中组装层状分子筛是指：通过逐层浸涂、擦涂、喷涂、旋涂、自组装或真空抽滤的方法以及各方法的组合使层状分子筛以单层或多层的形式平铺在多孔载体表面。

步骤2)具体为：将步骤1)处理后的多孔载体置于酸性或碱性溶液中浸泡0.5h-12h,优选的，浸泡温度为20℃-100℃；