[发明专利]一种多层沸石杂化膜的制备方法

说明书

本发明公开了一种多层沸石杂化膜的制备方法。主要包括如下步骤：(1)配置硅酸钠、偏铝酸钠摩尔比为1‑3：1的水溶液。(2)将水溶液倾倒在带有加热器的玻璃板上用刮刀涂成膜。(3)将燃料放入管式炉石英舟，玻璃板通过支架放置在石英舟上端，成膜一侧朝向石英舟。在500‑800℃热处理3‑8h后将玻璃板冷却。(4)不断重复步骤2和3，得到O₂/N₂分离系数10‑30和CO₂/N₂分离系数50‑100的多层沸石杂化膜。本发明以沸石膜为骨架，通过燃料热处理过程中炭的自组装，合成用于气体分离的多层沸石杂化膜，具有制备工艺简单、气体分离效率高、能耗低等优点，易于大规模生产。

技术领域

本发明属于气体分离技术领域，特别涉及一种多层沸石杂化膜的制备方法。

背景技术

膜分离过程是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在某种推动力时，原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离，提纯的目的。与其他传统的分离方法相比，膜分离具有过程简单、经济性较好、往往没有相变、分离系数较大、节能、高效、无二次污染等优点。其中，气体膜分离技术以其投资少，耗能低，操作费用小，设备简单、紧凑，易于操作，生产弹性大和分离效率高等优点，在过去的几十年里得到了迅速的发展。目前已广泛应用在诸多气体分离过程和领域，如空气中氧和氮的分离；合成氨厂中氨、氮、甲烷混合气中氢的分离；天然气中二氧化碳与甲烷的分离等。被认为是继“深冷精馏”和“变压吸附”之后最具有发展前景的第三代气体分离技术。聚合物膜由于难以超越Robesen上限，不耐高温、不耐腐蚀等缺点制约了其在气体分离领域的广泛应用。沸石由于其晶体结构具有独特的性质，它具有与一些分子大小相近的均一孔道。结构或笼结构，广泛用于尺寸和形状选择性的非均相催化和气体分离、净化过程。沸石制备成的沸石分子筛膜除了具备无机膜的共性外，还具有能够在分子级水平上对不同大小的分子进行分离的优势，适合的分离体系更广，近年来得到了快速的发展，迅速成为无机膜中的重要一类。然而，目前所制备沸石膜的气体渗透性较低，限制了其大规模商业化应用。因此，如何制备高选择性、高渗透性的沸石膜成为气体分离领域急需解决的难题。

发明内容：

本发明的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种多层沸石杂化膜的制备方法，该多层沸石杂化膜的O₂/N₂分离系数为15-30、CO₂/N₂分离系数为50-100。

本发明方法主要包括如下步骤：

步骤(1)、配置硅酸钠、偏铝酸钠摩尔比为1-3：1的水溶液。

步骤(2)、将步骤(1)水溶液倾倒在加热温度为60-90℃带有加热器的玻璃板上，用刮刀涂成膜。

步骤(3)、将燃料放入管式炉石英舟，步骤(2)玻璃板通过支架放置在石英舟上端，玻璃板成膜一侧朝向燃料；于500-800℃热处理3-8h，玻璃板冷却，得到两层沸石杂化膜；

步骤(4)、重复沸石膜和炭膜的再掺杂工艺n次，制备得到多层沸石杂化膜，其中n≥0，为自然数；

所述的沸石膜和炭膜的再掺杂工艺包括：

a)将步骤(1)水溶液倾倒在步骤(3)玻璃板两层沸石杂化膜侧上，用刮刀涂成膜。玻璃板的温度为60-90℃。

b)将燃料放入管式炉石英舟，步骤a)玻璃板通过支架放置在石英舟上端，玻璃板成膜一侧朝向燃料；于500-800℃热处理3-8h，玻璃板冷却。

作为优选，本发明还包括将步骤(1)水溶液倾倒在步骤(4)玻璃板多层沸石杂化膜上表面，用刮刀涂成膜。玻璃板的温度为60-90℃。

作为优选，所述的燃料为煤焦油、生物质焦油、石油焦油、煤焦沥青、木焦沥青、石油沥青中的一种或多种。

作为优选，玻璃板成膜一侧与燃料间存有空隙，且空隙的距离为3-6cm。