以原位水热合成法实现Ti-HMS-1微介孔复合分子筛膜的制备

作     者：张勇跃 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王晓东

授予年度：2014年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：介孔分子筛膜 原位水热合成 两步晶化法 Ti-HMS-1微介孔复合分子筛膜 致密膜 

摘      要：介孔分子筛膜是一种新型无机膜,其孔径介于2～50nm之间。它具有规整的孔道结构,孔径分布窄、孔径可调和高的比表面积等特性。作为一种新型无机膜,除了具有酸碱催化活性和分子级筛分功能以及良好的化学稳定性外,与微孔分子筛膜相比,介孔分子筛膜克服了微孔不能容纳较大分子的缺陷,使其在较大分子的分离催化领域有较大的应用潜力。HMS介孔分子筛蠕虫状的孔道结构之间相互连通,这一独特的孔道优势有利于客体分子在其孔道内扩散,使其得到了广泛的应用。然而,介孔分子筛的孔壁是由无定形的物质组成,其孔壁较薄且结构不稳定,这导致其(水)热稳定性较差,从而一定程度上限制了其在工业中的应用。科研工作者致力于提高介孔材料的(水)热稳定性研究,其中将微孔结构引入到介孔之中制备出微介孔复合结构成为近年来研究的热点。本课题采用一次原位水热合成法,通过两步晶化的方法将TS-1分子筛微孔结构单元引入纯硅介孔分子筛HMS孔壁,首次在α-Al2O3载体上成功地制备出Ti-HMS-1微介孔复合分子筛膜。复合分子筛膜的制备过程可以简单地概括为：第一步晶化制备含TS-1微孔结构单元的溶胶,Ti-HMS-1合成液的制备和第二步晶化制备分子筛膜。主要考察了Ti-HMS-1合成液陈化时间,第二步晶化温度和时间、合成液体积、第一步晶化制备TS-1溶胶的晶化时间等因素对合成Ti-HMS-1分子筛膜的影响,并初步讨论了TS-1溶胶中Ti/Si对钛元素的存在形式的影响。通过X-射线衍射(XRD)和高倍透射电镜(HRTEM)判断膜的结构特征,扫描电镜(SEM)对膜的形貌及厚度进行了表征,单组份气体渗透检查膜的致密性,紫外可见漫反射(UV-vis)对钛元素的存在形式进行了分析。得到有关制备Ti-HMS-1分子筛膜的如下结论：1.以长时间陈化(14h)得到的Ti-HMS-1合成液,制备复合分子筛膜：在低温(100℃)晶化,合成液用量为50mL,需要晶化时间达到96h才可得到Ti-HMS-1分子筛膜,膜层有裂纹存在。在较高温度(140℃)晶化48h,合成液用量为50mL,可得到复合分子筛膜,膜的表面连续,没有裂纹存在,但是有一定量的孔隙存在。2.以较短陈化时间(10mmin)得到的Ti-HMS-1合成液,制备复合分子筛膜：第一步140℃晶化2h,第二步140℃晶化48h,形成了表面连续无缺陷的分子筛膜,其厚度为8-9μm;第一步140℃晶化3h,第二步120℃晶化48h,也可得到连续致密的Ti-HMS-1分子筛膜,膜厚度约为26μm,单组分气体渗透表明两者均为致密连续的分子筛膜,气体在膜层的扩散基本遵循努森扩散机理,氢气和氮气的分离因数分别约3.26和3.36,接近理想分离因数3.74。