一种平板分子筛膜的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种平板分子筛膜的制备方法及装置。首先用酸、碱以及高温灼烧的方式处理平板载体，再在平板载体上偶联羟基基团，随后利用刷凃

【技术实现步骤摘要】
一种平板分子筛膜的制备方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种平板分子筛膜的制备方法及装置，属于分子筛膜制备
，本专利技术同样适用于其他分子筛膜的制备。

技术介绍

[0002]我国过程工业生产和使用有机溶剂每年超亿吨，降低有机溶剂生产成本、实现应用过程的节能减排，是化工、医药等过程工业面临的共性问题，迫切需要新型分离技术的支撑。以分子筛膜为核心的膜分离技术，能够实现溶剂/水共沸体系的低能耗分离，避免污染物排放，促进溶剂生产和循环过程的节能减排。由于分子筛膜的孔径小(<1nm)、分离精度高，如何低成本制备出大面积完整无缺陷的膜产品，是分子筛膜大规模工业应用的瓶颈问题。
[0003]国内对分子筛膜的研究起步较晚，但发展十分迅速。国内开展相关研究机构主要有大连化学物理研究所、大连理工大学、浙江大学、南京工业大学等。大连化学物理研究所开发了微波合成技术制备NaA分子筛膜，缩短了膜合成时间。大连理工大学开发出热浸渍晶种涂覆方式，在大孔载体上实现分子筛膜的均匀生长。申请人提出亚微米球磨晶种诱导、擦涂
‑
浸渍组合晶种涂覆方式制备NaA型分子筛膜，显著提高了膜成品率，，在我国率先实现了NaA型分子筛膜的产业化应用，用于生物乙醇、异丙醇、乙腈、四氢呋喃、丙酮等10余种工业溶剂的脱水，在哈药集团、海正药业、以色列泰华集团等企业推广工业装置300多套。
[0004]尽管分子筛膜脱水技术展现出显著节能减排优势，然而该技术在有机溶剂生产过程中的推广进程相对缓慢。究其原因，对于大宗化学品，目前所采用的分子筛膜装备成本偏高。分子筛膜装备成本与分子筛膜的通量和膜组件的装填密度密切相关。目前，分子筛膜工业产品主要采用管式结构(直径通常>10mm)，所构建的膜组件装填密度低(30～100m2/m3)，并且由于载体壁厚较大，增加了分子筛膜的传质阻力，影响了膜渗透通量。
[0005]因此本领域需要一种高装填密度，大面积的分子筛膜。

技术实现思路

[0006]本专利技术公开一种平板分子筛膜的制备方法及装置，解决了在大面积平板支撑体上合成分子筛膜技术。
[0007]技术方案是：
[0008]一种平板分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤1，在平板状的支撑体浸泡于含有偶联剂的溶液中进行接枝改性；
[0010]步骤2，在步骤1得到的支撑体的表面施加高浓度晶种悬浮液；
[0011]步骤3，在步骤2得到的支撑体的表面施加低浓度晶种悬浮液；
[0012]步骤4，将步骤3得到的支撑体在合成液中进行水热合成，得到平板分子筛膜。
[0013]在一个实施方式中，步骤1中，所述的偶联剂选自3
‑
氨基丙基三乙基硅烷(APTES)、多巴胺或者聚丙烯酰胺；所述的溶液采用水、苯类溶剂或者醇类溶剂；所述的偶联剂在溶液
中的浓度0.1
‑
10wt.％。
[0014]在一个实施方式中，在步骤1之前，还需要对支撑体进行预处理。
[0015]在一个实施方式中，所述的预处理包括如下步骤：分别采用酸液和碱液对支撑体进行浸泡，再进行煅烧处理。
[0016]在一个实施方式中，所述的酸液为硫酸、盐酸或者硝酸，浓度为0.1
‑
10mol/L。
[0017]在一个实施方式中，所述的碱液为为氢氧化钠或者氢氧化钾溶液，浓度为0.1
‑
10mol/L。
[0018]在一个实施方式中，所述的煅烧处理400
‑
800℃，煅烧时间为1
‑
10h。
[0019]在一个实施方式中，高浓度晶种悬浮液浓度为3
‑
20wt.％，低浓度晶种悬浮液浓度为0.1
‑
2wt.％。
[0020]在一个实施方式中，合成液中的组成配比是：SiO2:Al2O3:Na2O:H2O＝1:(0.2
‑
2):(0.5
‑
4):(15
‑
500)。
[0021]在一个实施方式中，所述的晶种选自NaA或者NaY晶种，所述的支撑体的材质选自多孔的氧化铝、氧化锆、氧化钛或者莫来石。
[0022]在一个实施方式中，所述的步骤2中，还需要对高浓度晶种悬浮液处理后的支撑体进行氯硅烷的修饰处理，所述的氯硅烷的分子式是Si(CH3)4‑
n
Cl
n
，n是1
‑
4之间的任意整数；修饰处理温度范围是350
‑
400℃，反应时间1
‑
5h。
[0023]一种平板分子筛膜，由上述的方法直接得到。
[0024]平板分子筛膜在溶剂脱水中的应用。
[0025]所述的溶剂是有机溶剂；所述的有机溶剂选自醇类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、醛类溶剂或者苯类溶剂中的一种或几种的混合；渗透汽化或者蒸汽渗透过程中进料温度50～300℃，优选100
‑
150℃；渗透侧的绝压是10～3000Pa，优选200
‑
1500Pa。
[0026]一种平板分子筛膜制备装置，包括：
[0027]反应釜，在反应釜的内部设有固定支架，在固定支架上安装多块平板分子筛膜支撑体，并且固定支架由搅拌轴连接于搅拌电机上，搅拌电机可以带动平板分子筛膜支撑体进行转动，同时在反应釜外壁上还设有热源层，用于对反应釜中的温度进行调控，热源层上设有热源进口和热源出口，用于热源在热源层中流动，在反应釜底部设釜底出口，用于将反应液排出。
[0028]有益效果
[0029]本专利技术的制备工艺具有如下优点：
[0030]1.本方法采用了平板陶瓷膜，该类膜为平板使结构两侧均有膜层，中间为出水通道，该结构不但能够获得高的膜组件装填密度，其装填面积高达250m2/m3。本专利技术公开一种平板分子筛膜的制备方法及装置，解决了在大面积平板支撑体上合成分子筛膜技术，为分子筛膜在大宗化学品生产过程中应用奠定了基础。
[0031]2、创新性的提出了在平板支撑体表面制备出高性能的分子筛膜。
[0032]3、本专利技术将浸渍凃晶和水热合成设置在同一反应釜中进行，操作简单。
[0033]4、本专利技术制备的平板分子筛膜分离性能优良、成品率高和重复性好，适合规模化制备。
[0034]5、采用了两次涂晶种法，先通过高浓度晶种的涂覆处理，生成第一层的晶种层，再
通过低浓度晶种的涂覆，消除掉晶种层表面的一些缺陷，使得到的分子筛膜分离性更好；另外，通过在晶种层的表面进行氯硅烷的修饰，有效地减小孔道直径，进一步消除缺陷，使低浓度晶种以及水热合成后能够在稳定的晶种层的表面进行生长分子筛膜，有效提高分离性能。
附图说明
[0035]图1是本专利技术方法分子筛膜合成装置。
[0036]图2是为平板支撑体表面SEM照片；
[0037]图3是为平板支撑体断面SEM照片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种平板分子筛膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，在平板状的支撑体浸泡于含有偶联剂的溶液中进行接枝改性；步骤2，在步骤1得到的支撑体的表面施加高浓度晶种悬浮液；步骤3，在步骤2得到的支撑体的表面施加低浓度晶种悬浮液；步骤4，将步骤3得到的支撑体在合成液中进行水热合成，得到平板分子筛膜。2.根据权利要求1所述的平板分子筛膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述的偶联剂选自3
‑
氨基丙基三乙基硅烷(APTES)、多巴胺或者聚丙烯酰胺；所述的溶液采用水、苯类溶剂或者醇类溶剂；所述的偶联剂在溶液中的浓度0.1
‑
10wt.％。3.根据权利要求1所述的平板分子筛膜的制备方法，其特征在于，在步骤1之前，还需要对支撑体进行预处理，所述的预处理包括如下步骤：分别采用酸液和碱液对支撑体进行浸泡，再进行煅烧处理。4.根据权利要求3所述的平板分子筛膜的制备方法，其特征在于，所述的酸液为硫酸、盐酸或者硝酸，浓度为0.1
‑
10mol/L；所述的碱液为为氢氧化钠或者氢氧化钾溶液，浓度为0.1
‑
10mol/L；所述的煅烧处理400
‑
800℃，煅烧时间为1
‑
10h。5.根据权利要求1所述的平板分子筛膜的制备方法，其特征在于，高浓度晶种悬浮液浓度为3
‑
20wt.％，低浓度晶种悬浮液浓度为0.1
‑
2wt.％；合成液中的组成配比是：SiO2:Al2O3:Na2O:H2O＝1:(0.2
‑
2):(0.5
‑
4):(15
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨占照，朱月馨，纪祖焕，丁宏权，庆天，
申请(专利权)人：江苏九天高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：