一种制备Ｙ型分子筛膜的方法技术

本发明专利技术属于分子筛膜的制备领域，具体涉及利用陶瓷片、玻璃片、硅片、不锈钢片和不锈钢金属网作为载体，采用晶种导向生长制备Ｙ型分子筛膜的方法。该分子筛膜具有较高的连续性和致密性，机械强度高。其首先是制备Ｙ型分子筛纳米晶的晶种溶液，然后将晶种溶液滴在经预处理的载体上，再将烘干后的载体浸入分子筛合成液中，利用水热合成法进行晶化反应，晶化温度为５０～１００℃，晶化时间为１～５天；然后超声清洗，晾干后则在载体上得到Ｙ型分子筛膜。鉴于Ｙ型分子筛的性质，该膜可用于较大分子的混合物的分离，通过进一步的物理或化学的方法调节分子筛孔径的大小，可在分离方面有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分子筛膜的制备领域，具体涉及利用陶瓷片、玻璃片、硅片、不锈钢片和不锈钢金属网作为载体，采用晶种导向生长，制备Y型分子筛膜的方 法。该分子筛膜具有较高的连续性和致密性，机械强度高。
技术介绍
八面沸石型(FAU)分子筛包括低硅的X型分子筛(其Si/AI比一般在1~1.5 间)和高硅的Y型分子筛(Si/AI比一般在1.5~3之间)。X型和Y型分子筛的 骨架结构都属于六方晶系，空间群为Fd-3m。 Y型分子筛的晶胞参数 a=24.6~24.85A。膜分离作为一种新型的分离方法，与传统的分离过程如萃取、精馏、重结晶、 吸附等相比，具有低能耗、高的单级分离效率、设备简单、无污染等优点，因此， 自50年代以来，膜分离技术已迅速发展成为新的单元操作，其应用也从早期的 脱盐发展到化工、食品、医药、生物、电子等工业，并将对21世纪的工业技术 改造产生深远的影响。Y型分子筛膜是一种非常重要的分子筛膜，它具有高机械强度、耐高温、抗 化学腐蚀及生物腐蚀、通量大等优点。同时，它又具有分子筛的结构特点三维 穿插孔道，有效孔径为0.74nm，规则的孔道结构，具有分子筛分性质；离子可 交换性，可调变亲水性，吸附能力强。这些特性使得Y型分子筛膜具有良好的分 离性能，使之在膜分离过程中(包括气体分离、渗透汽化、汽化渗透)存在广阔 的应用前景。此外，基于分子筛膜的结构和性质上的特点，它在主客体组装、传 感器、光学材料、电学材料等众多领域上具有优越的应用前景。最近，国内外科学家对Y型分子筛膜的合成与应用进行了广泛的研究，开 发了多种合成方法，主要包括原位水热合成法、二次生长法、气相合成法。其 中原位水热合成法对载体的表面性质要求较严格，导致其重复性和适用性较差。 而气相合成法操作复杂，结晶程度不高，不利于形成稳定的分子筛膜。而二次生 长法是在载体表面预涂晶种，可加快分子筛膜的生长，抑制转晶的发生，提高了膜的连续性和致密性。本专利技术就是克服以前尚未克服的技术困难，利用一种新型的涂晶种的方法，. 保证了晶种层的连续性和致密性，从而生长出连续性和致密性都很高的分子筛 膜。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在不同的载体(陶瓷、单晶硅片、玻璃、不锈钢片及不锈钢金属网)上利用晶种导向生长法制备Y型分子筛膜的方法。由扫描谱图可知该合成方法得到的分子筛膜连续性高，致密性强，可用于光 学器件，膜分离器等方面，在传感器，锂电池等方面具有潜在的应用价值。本专利所述的Y型分子筛膜的制备方法，包括如下步骤A、 制备导向剂反应配比为0.0085 0.02molN32SiO3(实验中用水玻璃， 其中Na2Si03质量含量为20~25%): 0.01~0.1mol NaOH: 0.001~0.01 mol NaAI02 : 0.1~1.0molH2O，先称量去离子水，加入NaAI02搅拌20~100分钟， 待溶解后加入NaOH搅拌，最后加入Na2Si03质量含量为20~25%的水玻璃， 陈化时间为12~96小时； 、B、 晶种的合成反应配比为0.005~0.05 mol Na2Si03: 0.001 ~0.01 mol NaAI02: 0.00005-0.0005 mol导向剂0.1~1 mol H20，先称取Na2Si03质量 含量为20~25%的水玻璃加入到去离子水中搅拌，再加入导向剂搅拌，最后加入 NaAI02，利用水热合成法进行晶化反应，晶化温度为50~150'C，晶化时间为 6~48小时；然后反复离心洗涤至分子筛溶于水后pH=7,最后把得到的固体用 蒸馏水配成15~30g/L的Y型分子筛纳米晶的晶种溶液；C、 晶种涂膜把Y型分子筛纳米晶的晶种溶液滴在经预处理的载体上，在 500~700W的电炉上烘干，则得到覆盖晶种薄膜的载体；D、 配制分子筛合成液(1)、第一种合成液的配方0.005~0.05 mol Na2Si03: 0.01~0.1 mol NaOH : 0.001 ~0.01 mol NaAI02 : 1.0~10 mol H20，先称量去离子水，加入 NaAI02搅拌溶解后加入NaOH搅拌，最后加入Na2Si03质量含量为20~25%的 水玻璃，该分子筛合成液适用的载体分别为陶瓷片、玻璃片、不锈钢片及不锈钢 金属网；(2)、第二种合成液的配方0.005~0.5 mol Na2Si03 : 0.001~0.1 mol NaAI02 : 1.0~10 mol H20，先称量去离子水，加入NaAI02搅拌溶解后加入 Na2Si03质量含量为20~25%的水玻璃，该分子筛合成液适用于单晶硅片。 E、制备Y型分子筛膜将覆盖晶种薄膜的载体置于分子筛合成液中，利用水热合成法进行晶化反 应，晶化温度为50 100'C，晶化时间为1 5天；然后超声清洗，晾干后则在载 体上得到Y型分子筛膜。上述方法中所述的离心洗涤是将晶化后的Y型分子筛纳米晶的晶种溶液在 离心机上离心获得均一的Y型分子筛纳米晶的溶液，其首先在2000~3000转/ 分钟的条件下离心2~10分钟去除下层较大颗粒的Y型分子筛纳米晶，然后在 4000~8000转/分钟的条件下离心5~10分钟，去除上面的清液，留取下面的固 体，再加入去离子水超声至晶体重新分散于水中，再次离心，倒掉上层清液，如 此反复离心清洗至分子筛溶于水后pH=7。上述方法中所述的载体的处理，是将陶瓷片先用400~800目的砂纸将陶瓷 片磨薄至1 2毫米厚，再用1500~2000目的砂纸将陶瓷片磨平，然后用去离子 水超声清洗；或将不锈钢片用浓度为20~30%的H202溶液浸泡1~3小时，取出用去离子 水反复冲洗；或将单晶硅片投入到5 10毫升异丙醇、5~15毫升乙醇、5~15毫升去离子 水及0.1~1.0 g盐酸的混合溶液中，超声洗涤5 20分钟，取出后用去离子水冲 洗干净；或将玻璃片投入到浓度为20~30%的1^02溶液中超声清洗20~50分钟，再 取出用去离子水冲洗干净，晾干；或将100~500目不锈钢金属网投入到由洗涤剂(如白猫洗洁精，上海白猫 有限公司)配成的溶液中超声清洗20~50分钟，后取出用去离子水冲洗；将各种载体室温下晾干。步骤E中超声清洗的时间为1~5分钟。 上述方法中超声清洗的功率为100~200W。本专利技术中合成的分子筛膜经SEM (扫描电子显微镜)，XRD (X射线粉末衍 射仪)表征为是一种纯度较高，连续性很好的分子筛膜。本专利分别以陶瓷片、玻璃片、单晶硅片、不锈钢片和不锈钢金属网为载体 合成分子筛膜。采用上述方法在不同载体上制备的Y型分子筛膜连续，致密并 且很薄，重复性好。鉴于Y型分子筛的性质，该膜可用于较大分子的混合物的 分离，通过进一步的物理或化学的方法调节分子筛孔径的大小，可在分离方面有 广阔的应用前景。本专利提供一种新型的涂晶种的方法，操作简单，预涂的晶种层连续性好， 致密性高，适用性强。经过晶种导向生长的分子筛膜与载体间的结合力很强，在 实验中需控制涂晶种的量，过少时导致晶种层不连续，过多会导致膜与载体的分 离甚至脱落。实验中发现当载体为不锈钢金属网时对涂膜的要求不高，得到的分 子筛膜连续，致密，坚固，能抵抗很大的外力不会损坏，分子筛膜层不易脱落， 该膜更适用于膜分离器。其晶种溶液浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
Ｙ型分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：Ａ、制备导向剂：反应配比为０．００８５～０．０２ｍｏｌＮａ↓［２］ＳｉＯ↓［３］∶０．０１～０．１ｍｏｌＮａＯＨ∶０．００１～０．０１ｍｏｌＮａＡｌＯ↓［２］∶０．１～１．０ｍｏｌＨ↓［２］Ｏ，先称量去离子水，加入ＮａＡｌＯ↓［２］搅拌２０～１００分钟，待溶解后加入ＮａＯＨ搅拌，最后加入水玻璃，陈化时间为１２～９６小时；Ｂ、晶种的合成：反应配比为０．００５～０．０５ｍｏｌＮａ↓［２］ＳｉＯ↓［３］∶０．００１～０．０１ｍｏｌ　ＮａＡｌＯ↓［２］∶０．００００５～０．０００５ｍｏｌ导向剂∶０．１～１ｍｏｌＨ↓［２］Ｏ，先称取水玻璃加入到去离子水中搅拌，再加入导向剂搅拌，最后加入ＮａＡｌＯ↓［２］，利用水热合成法进行晶化反应，晶化温度为５０～１５０℃，晶化时间为６～４８小时；然后反复离心洗涤至分子筛溶于水后ｐＨ＝７，最后把得到的固体用蒸馏水配成１５～３０ｇ／Ｌ的Ｙ型分子筛纳米晶的晶种溶液；Ｃ、晶种涂膜：把Ｙ型分子筛纳米晶的晶种溶液滴在经预处理的陶瓷片、玻璃片、不锈钢片、不锈钢金属网或单晶硅片载体上，在５００～７００Ｗ的电炉上烘干，则得到覆盖晶种薄膜的载体；Ｄ、配制分子筛合成液：（１）、第一种合成液的配方：０．００５～０．０５ｍｏｌＮａ↓［２］ＳｉＯ↓［３］∶０．０１～０．１ｍｏｌＮａＯＨ∶０．００１～０．０１ｍｏｌＮａＡｌＯ↓［２］∶１．０～１０ｍｏｌＨ↓［２］Ｏ，先称量去离子水，加入ＮａＡｌＯ↓［２］搅拌溶解后加入ＮａＯＨ搅拌，最后加入水玻璃，该分子筛合成液适用的载体为陶瓷片、玻璃片、不锈钢片或不锈钢金属网；（２）、第二种合成液的配方：０．００５～０．５ｍｏｌＮａ↓［２］ＳｉＯ↓［３］∶０．００１～０．１ｍｏｌＮａＡｌＯ↓［２］∶１．０～１０ｍｏｌＨ↓［２］Ｏ，先称量去离子水，加入ＮａＡｌＯ↓［２］搅拌溶解后加入水玻璃，该分子筛合成液适用的载体为单晶硅片；Ｅ、制备Ｙ型分子筛膜：将覆盖晶种薄膜的载体置于分子筛合成液中，利用水热合成法进行晶化反应，晶化温度为５０～１００℃，晶化时间为１～５天；然后超声清洗，凉干后则在载体上得到Ｙ型分子筛膜。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱广山，裘式纶，岳乃琳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]