一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法，属于沸石膜材料领域及海水淡化技术领域。载体经过预处理后，采用两步变温热浸渍法大小晶种匹配法涂覆晶种层；之后按照比例配置合成液，在一定温度下水热合成NaA沸石膜，并利用其进行渗透蒸发含盐水的淡化。本发明专利技术所制备的NaA沸石膜表面连续致密，交联性好，加之膜孔径仅为0.41nm，小于几乎所有水和离子直径，保证了极高的离子截留率，另外，渗透蒸发是一种带有相变的过程，而盐离子不挥发性更是有助于提高脱盐性能；NaA沸石膜低硅铝比使其具有极强的亲水性，这保证了其具有较高的水通量；而且，无机盐离子对膜表面的保护作用使其具有较高的水热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法
本专利技术属于沸石膜材料领域及海水淡化
，具体地说是一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法。
技术介绍
随着地球淡水资源的逐渐减少，海水淡化已经成为了全球范围内的研究热点。传统的海水淡化方法包括多级闪蒸、低温多效蒸馏、反渗透及电渗析，其中，多级闪蒸和低温多效蒸馏技术最为成熟，应用最为广泛，但设备复杂，能耗巨大，操作不方便；而反渗透技术以其设备简单，操作方便，能耗低等优点迅速占领市场，目前工业上主要采用有机聚合物反渗透膜，但由于其固有的化学稳定性差、机械稳定性差及抗生物污染性能差等缺点限制了其广泛应用。因此，研究开发高化学稳定性、高机械稳定性的海水淡化膜很有必要。近年来，沸石分子筛膜以其独有的孔道均一、机械性能高等优点引起了广泛关注，并且在渗透蒸发有机物脱水方面取得了巨大的研究成果[2-3]。目前发现的沸石膜有很多种，根据其不同的孔道结构可分为LTA型、MFI型、MOR型、FAU型等。NaA沸石膜是LTA型沸石膜的典型代表，Si/Al为1，具有最强的亲水性，孔径0.41nm，小于几乎所有的水合盐离子直径，所以NaA沸石膜非常适用于脱盐领域。Cho等[4]首次利用NaA沸石膜进行渗透蒸发海水脱盐，操作温度69℃时离子截留率达到99.9％以上，但由于其制备工艺问题膜通量仅为1.9Kg/m2h[ChoCH,OhKY,KimSK,etal.Journalofmembranescience,2011,371(1):226-238.]；Malekpour等发现NaA沸石膜对Cs+、Sr2+、MoO42+等放射性盐离子的截留率在99％以上[MalekpourA,MillaniMR,KheirkhahM.Desalination,2008,225(1):199-208；MalekpourA,Samadi-MaybodiA,SadatiMR.BrazilianJournalofChemicalEngineering,2011,28(4):669-677.]；YanHe等利用地聚物膜原位水热转化法得到自支撑NaA沸石膜并用于NaCl溶液的淡化，发现当膜厚度达到9.4mm时，操作温度25℃时钠离子截留率达到99.5％，但由于其膜厚度过大导致膜通量仅为0.42Kg/m2h[HeY,CuiX,LiuX,etal.Journalofmembranescience,2013,447:66-72.]。此外，MFI、SOD、FAU、ZIF等沸石膜也被证实具有很好的脱盐效果。
技术实现思路
本专利技术针对以上所提到的有机反渗透膜及沸石膜脱盐存在的问题，优化制膜工艺，同时利用沸石膜的先天优势，提出一种采用粗糙大孔氧化铝作为载体制备NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法。本方法制备的NaA沸石膜具有极高的离子截留率，较高的水通量，而且具有很好的水热稳定性，制备过程简单易行。本专利技术的技术方案：一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法，步骤如下：(1)将NaA沸石分子筛晶种分散于溶剂中，得NaA沸石分子筛晶种液；NaA沸石分子筛晶种液中NaA沸石分子筛晶种的含量为NaA沸石分子筛晶种液的0.05～5wt％；(2)将步骤(1)中得到的NaA沸石分子筛晶种液涂敷在多孔载体表面引入晶种层；(3)将Si源、Al源和NaOH溶解在去离子水中，在20～40℃下搅拌1～12h得合成液，合成液中各组分的摩尔比为Na2O：SiO2：Al2O3：H2O＝1～25：2～50：1：100～2500；(4)将步骤(2)得到的负载有NaA晶种层的多孔载体与步骤(3)得到的合成液装入金属反应釜中，进行水热合成；在60～120℃下水热合成反应0.5～48h，合成反应结束后，用去离子水洗涤至中性，在50～100℃下烘干10～24h，即得到NaA沸石膜；将所制备的NaA膜用于渗透蒸发含盐水(NaCl溶液)的淡化，分别考察操作温度和原料液盐浓度对沸石膜通量及离子截留率的影响；另外在与海水相同盐度的原料液中考察NaA膜水热稳定性。(5)NaA沸石膜脱盐的方式：采用间歇操作，沸石膜一侧为原料侧，载体侧为渗透侧，常压操作，渗透侧抽真空至<400Pa，渗透侧蒸汽采用液氮冷凝至玻璃冷阱。步骤(1)中所述NaA沸石分子筛晶种液中NaA沸石分子筛的含量为0.1～1.0wt％；在晶种液中NaA沸石分子筛晶体颗粒大小为30nm～4μm，优选为0.05～0.8μm。步骤(2)中用NaA沸石分子筛晶种液在所述多孔载体表面引入晶种层的方法可以是压力驱动、温度驱动或者毛细凝聚力等动力驱动的涂敷方法，如浸渍法、热浸渍法、真空涂晶法、喷涂法、擦涂法和旋涂法，具体方法均可以按照本领域常规方法进行，不在本专利技术中具体陈述。在所述晶种引入方法中，本专利技术可以优选采用热浸渍或变温热浸渍法。在步骤(2)中所述多孔载体材质为氧化铝、氧化锆、莫来石、不锈钢或金属网；所述多孔载体的孔径为0.02μm～50μm，优选为0.1μm～2μm。在步骤(2)中所述多孔载体的形状为片状、平板、管状、中空纤维或者多通道载体。在步骤(1)中将NaA沸石分子筛晶种分散在去离子水的方法为：将NaA沸石分子筛晶种置于去离子水中，并利用磁力搅拌器使溶液搅拌分散均匀，且过程中间隔置于超声波中震荡，得NaA沸石分子筛晶种液。步骤(3)中所述合成液中各组分的摩尔比优选为Na2O：SiO2：Al2O3：H2O＝1～25：2～50：1：100～2500。步骤(3)中所述的Si源为白炭黑(SiO2·nH2O)、硅溶胶(SiO2·nH2O)、正硅酸乙酯(Si(OC2H5)4)或硅酸钠(Na2SiO3)，更优为硅溶胶(SiO2·nH2O)。步骤(3)中所述的Al源为Al(NO3)3(硝酸铝)、Al2(SO4)3(硫酸铝)、AlCl3(氯化铝)、NaAlO2(偏铝酸钠)、Al2O3(氧化铝)或Al(OCH(CH3)2)3(异丙醇铝)，更优为NaAlO2。本专利技术的有益效果：1.制备的NaA沸石膜表面晶体紧密地相互交错生长，并且膜层致密、平整，膜厚度约为4μm；利用制备的NaA膜进行渗透蒸发脱盐，一方面NaA膜具有极高的亲水性，可以使其具有较高的水通量，另一方面由于膜孔径为0.41nm，小于几乎所有水和离子直径，使其具有了极高的离子截留率。2.沸石膜固有的性质，可以克服有机反渗透膜中的机械性能差、热稳定性差及抗污染性能差等缺陷。3.NaA膜在含盐水中能克服其在乙醇脱水过程中的水热稳定性差的问题，经过长时间渗透蒸发测试，NaA沸石膜能维持其极高的脱盐率，且表面形貌及膜厚度几乎未发生任何变化。附图说明图1(a)为NaA沸石膜表面的SEM照片。图1(b)为NaA沸石膜截面的SEM照片。图2为水通量随温度及盐浓度的变化。图3为NaA沸石膜脱盐的时间依存性(75℃)。图4(a)为以纯水为原料液测试后的膜表面SEM照片。图4(b)为以纯水为原料液测试后的膜截面SEM照片。图4(c)为以盐水为原料液测试后的膜表面SEM照片。图4(d)为以盐水为原料液测试后的膜截面SEM照片。图5中：a为NaA沸石膜测试前的XRD图谱；b为NaA沸石膜以盐水为原料液测试后的XRD图谱；c为NaA沸石膜以纯水为原料液测试后的XRD图谱。具体实施方式以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将NaA沸石分子筛晶种分散于溶剂中，得NaA沸石分子筛晶种液；NaA沸石分子筛晶种液中NaA沸石分子筛晶种的含量为NaA沸石分子筛晶种液的0.05～5wt％；(2)将步骤(1)中得到的NaA沸石分子筛晶种液涂敷在多孔载体表面引入晶种层；(3)将Si源、Al源和NaOH溶解在去离子水中，在20～40℃下搅拌1～12h得合成液，合成液中各组分的摩尔比为Na

【技术特征摘要】
1.一种采用NaA沸石膜进行渗透蒸发脱盐的方法，其特征在于，步骤如下：(1)将NaA沸石分子筛晶种分散于溶剂中，得NaA沸石分子筛晶种液；NaA沸石分子筛晶种液中NaA沸石分子筛晶种的含量为NaA沸石分子筛晶种液的0.05～5wt％；(2)将步骤(1)中得到的NaA沸石分子筛晶种液涂敷在多孔载体表面引入晶种层；(3)将Si源、Al源和NaOH溶解在去离子水中，在20～40℃下搅拌1～12h得合成液，合成液中各组分的摩尔比为Na2O：SiO2：Al2O3：H2O＝1～25：2～50：1：100～2500；(4)将步骤(2)得到的负载有NaA晶种层的多孔载体与步骤(3)得到的合成液装入金属反应釜中，进行水热合成；在60～120℃下水热合成反应0.5～48h，合成反应结束后，用去离子水洗涤至中性，在50～100℃下烘干10～24h，即得到NaA沸石膜；(5)NaA沸石膜脱盐的方式：采用间歇操作，沸石膜一侧为原料侧，载体侧为渗透侧，常压操作，渗透侧抽真空至<400Pa，渗透侧蒸汽采用液氮冷凝至玻璃冷阱。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的NaA沸石分子筛晶种液中NaA沸石分子筛晶种的含量为NaA沸石分子筛晶种液的0.1～1.0wt％；NaA沸石分子筛晶体颗粒大小为30nm～4μm。3.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金渠，杨建华，邢庆达，李华征，鲁金明，张艳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21