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煤系高嶺土微波合成NaA分子篩膜及其性能與表征

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【中文關鍵詞】煤系高嶺土  NaA分子膜  微波合成  
【摘要】主要對高嶺土微波合成NaA分子篩膜及其性能進行了研究.從鋁源和晶化時間等方面研究了對煤系高嶺土微波合成NaA分子篩膜的影響,并比較了水熱合成NaA分子篩膜和微波合成NaA分子篩膜性能.通過實驗發現,以高嶺土為原料制備的NaA分子篩膜經微波合成,其乙醇脫水滲透汽化中分離因數超過10 000;NaA分子篩膜的微波合成在晶化時間分別為15、20和25min時,其滲透汽化通量由2.44kg/(m2·h)降低為0.92kg/(m2·h),分離因 數由2 945增大為11 846,其中NaA分子篩膜在晶化時間為20min時,其分離因數和滲透通 量分別為10 359和1.13kg/(m2·h);同時在相同配方條件下,水熱合成的NaA分子篩膜和微波加熱合成的NaA分子篩膜相比,反應時間由4h降低為20min,而分離因數由5231增加到10 360.
【部分正文預覽】

我國大型煤礦基本上都伴生有煤系高嶺土,據初步統計,煤系高嶺土在我國儲量高達60億噸[1,2],是合成NaA分子篩的天然礦物原料[3-8].煤系高嶺土在我國具有分布廣、儲量大、品質優、易開采的特點,所以用途廣,有較高的經濟價值,在陶瓷、造紙、農業、橡膠、塑料、耐火材料、國防尖端技術、高檔化妝品粉料等領域都得到了廣泛的應用.微波作為一種加熱方式正以非常迅速的步伐進入化學反應,且應用面愈來愈廣.傳統的加熱方式(如傳導,對流和熱輻射),熱源在外面,熱量先傳遞到物質的表面,進而傳導至物質的內部,而微波介電加熱因其穿透性強、熱慣性小、易于控制等優點對于分子篩膜的合成有很大的優勢,NaA分子篩膜的制備要求溫度較低,相對于其它分子篩膜更容易實現微波控制加熱.用微波合成NaA分子篩膜是無機膜中重要的一種,因其獨有的0.3~0.5nm的有效孔徑、三維孔道結構和很強的親水性等特點,具有優良的熱穩定性、化學穩定性和機械強度,分離性能大大優于有機膜,因而備受人們的關注,成為膜領域中發展最為迅速的品種之一.煤系高嶺土的質量普遍較好,結晶度較高,對于NaA型分子篩和分子篩膜的制備是一種質優價廉的原料,這對于高嶺土也是一種高附加值的利用.目前為止,相對于傳統的水熱合成反應,以微波為熱源合成的NaA分子篩膜合成時間短,膜的厚度更小,因而不但保持了水熱合成NaA分子篩膜的高選擇性,而且通量比水熱合成的NaA分子篩膜提高很多.因此,以微波為熱源的NaA分子篩膜應用性較廣[9].本文以廉價煤系高嶺土為原料,采用微波加熱的方式制備高性能的NaA分子篩膜分離水/乙醇體系,并考察了鋁源、晶化時間等合成條件的影響.

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