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Y型沸石/炭杂化膜的制备及其气体分离性能

信息来源:潍坊沸石生物技术开发中心 作者:

 

  以聚酰胺酸为前驱体,Y型沸石为掺杂物,经高温炭化制备了Y型沸石/炭杂化膜。通过纯组分气体(H2,CO2,O2,N2)的渗透实验对杂化膜的气体渗透性能进行测定,并使用透射电镜,X射线衍射对杂化膜的微结构进行表征。研究了,沸石的含量以及炭化温度对杂化炭膜的气体渗透性能和微结构的影响。结果表明,随着膜内沸石含量的提高,Y型沸石/炭杂化膜的气体渗透性能明显提高,而随着炭化温度的升高,Y型沸石/炭杂化膜的渗透系数降低,选择性提高。与纯炭膜相比,Y型沸石/炭杂化膜在保持高O2/N2选择性的前提下,其渗透性能显著提高。炭化温度为700℃,沸石含量为15%,Y型沸石/炭杂化膜O2的气体渗透系数为501 bareer,O2/N2选择性为15.6。当炭化温度超过800℃以后,杂化膜中的沸石晶体结构被破坏,其气体渗透系数接近纯炭膜的气体渗透系数。因此,保持沸石孔道结构的完整是制备高性能沸石/炭杂化膜的关键因素之一。

  炭膜作为一种新型的膜材料是由含碳物质经高温炭化而成的,与聚合物膜相比,炭膜具有较高的气体渗透能力和分离选择性,良好的热稳定性和化学稳定性,在气体分离领域展现出了非常广阔的应用前景。然而,目前所制备炭膜的气体渗透性较低,限制了其大规模商业化应用。如何制备高选择性,高渗透性的炭膜已成为炭膜研究的热点。在前驱体中添加有机、无机杂原子或粒子制备杂化炭膜已成为提高炭膜气体渗透性重要手段。Park等以TEOS为硅源,制备出含有SiO2的炭膜,随着SiO2含量的增加,气体渗透性能提高,但选择性会降低;Foley等人制备了含TiO2和天然硅酸盐沸石的杂化炭膜,显著提高了炭膜的渗透性,但是选择性有一定下降;Barsema等人制备了含银纳米粒子的炭膜,由于Ag对O2的化学吸附作用,这种膜O2的渗透性能和O2/N2分离性能均有一定的提高。