OARS  - 开放式访问奖励系统
DOI:10.2240 / Azojomo0187

通过干凝胶法制备的沸石膜用于气体分离

萨尔瓦多·阿尔法罗和米格尔A. Valenzuela

版权广告科技;被许可人Azom.com Pty Ltd.

这是一个AZO开放式访问奖励系统(AZO-OARS)文章在AZO-OAR的条款下分发//www.wireless-io.com/oars.asp.在原稿被正确引用的情况下,允许不受限制的使用,但仅限于非商业发行和复制。

AZojomo (ISSN 1833-122X)卷2006年3月2日

抽象的

使用不锈钢的管状载体通过干凝胶法合成沸石膜。膜能够分离不同的气体,例如n2,SF.6.和天然气中含有的碳氢化合物。鉴定了关于沸石的吸附性质的显着分离效果。

关键词

干凝胶,管状载体,沸石膜,气体渗透,分离因子

介绍

沸石是结晶欧洲杯足球竞彩具有常规和微孔结构的材料。根据Al / Si比,它们的孔径和化学成分在其框架中,使其具有独特的性质和与吸附分子的选择性相互作用[1,2]。这些性质对于获得沸石膜具有良好的气体分离特征[3,4]是重要的。

沸石膜通常通过原位水热合成在多孔载体上制备,其在80至200℃的温度下与沸石前体凝胶一起高压灭菌,从几小时到几天的时间长度[5]。该方法具有两个主要缺点:首先,它不能避免所得膜的均匀合成的影响,其次,合成使用过量的试剂如硅和铝源和有机化合物[6]。

自过去十年以来,许多努力致力于开发可重复制剂的高质量沸石膜。报道了用于硅膜的各种合成方法[8]。这些方法不仅不同于凝胶组合物和所用的载体,而且还相对于用于接触载体和溶液的方法[8]。干凝胶转化的(DGC)方法是由于使用所用的试剂量[6,7,9]的量,合成沸石和沸石膜的替代方案是合成沸石和沸石膜。

沸石膜主要用纯惰性气体或小烃渗透性,例如正丁烷或异丁烷[10]。正丁烷与异丁烷的渗透比已广泛用作沸石膜的浓度的指示。

由于多种原因,从天然气中回收来自天然气的碳氢化合物。例如,有一个明确的经济动机,因为碳氢化合物的价格远远高于甲烷。更引人注目的是由于实际问题而删除碳氢化合物的必要性:来自较高分子量烃的缩合物产生液体块,并导致塑料管和仪表的部分溶出/软化/软化[11]。

在这项工作中,通过干凝胶法在不锈钢管上制备硅膜,并在气体分离中进行测试。

实验

通过孔径为500nm的多孔管(7mm I.D.和10mM O.D.)的多孔管(7mm I.D.和10mm O.D.)的DGC方法合成硅藻土膜。渗透区长约5厘米。用以下组合物制备前体凝胶[12]:0.22NA2o:10sio.2:280H.2O:0.5TPABR,其中TPABR代表四丙基溴化铵,用作结构引导剂(SDA)。首先,将NaOH溶解在蒸馏水中,然后在搅拌下缓慢加入胶体二氧化硅(Ludox As-40)。搅拌1小时后,将溶液保持静置24小时,产生透明硅酸盐凝胶。为了制备膜,将管状载体浸入透明凝胶中1小时,然后在100℃下干燥1小时。该过程重复4或5次,然后,将载体上的干凝胶在蒸汽存在下在170℃下在蒸汽存在下在Teflon衬里的高压釜中结晶5天。结晶过程重复3 ~ 4次,每次测量气体渗透率。通过煅烧在440℃下煅烧去除沸石孔中的模板(SDA)6小时。煅烧后,t他的膜的特点是室温XRD,SEM和气体渗透实验。使用n的混合物测定相对分离因子2/ SF.6.和天然气。

结果和讨论

图1显示了不锈钢和管上沸石的XRD图案。在这两种情况下,XRD图案直接在管上测量。如图1a中可以清楚地看出,出现在43.8°和50.8°的峰值归因于不锈钢。在图1B中,显示了与硅沸石相位为7.9°,8.8°,14.8°,23.2°,23.9°和30º(JCPDS = 48-0136)的主峰。

这些结果也通过SEM(图2A和2B)确认。在图2A中,可以观察到两个相位。一个透明区域,对应于不锈钢和属于干凝胶相的其他暗区。在图2B中,鉴定了在不锈钢颗粒上的沸石晶体和载体的孔之间。

气体渗透结果显示在图3和4中。在第一种情况下(图3),沸石膜对N的小分子选择性2(直径= 3.64)与SF相比6.(直径= 5.4Å)[13],该系统的相对分离因子为11至15次。这结果是明确的证据表明n的扩散2比SF更快6.在永久气体的情况下,扩散由Knudsen型控制,其由尺寸和分子量控制。COMPLY N的计算理论分离因子2/ SF.6.= 2.28,但我们的结果表明,分离因子越高。该行为可以通过膜的紧凑性来解释,表明气体分离主要由沸石腔而不是通过肾间晶粒进行[11]。

从天然气样品中分离烃的分离在图4中。观察到从烃的混合物中渗透的每种烃的量如下:N-C.4.H10.> I-C4.H10.> C.3.H8.> C.2H6.> CH.4..值得注意的是,尽管正丁烷比其他碳氢化合物更大、更重,但与其他化合物相比,正丁烷的浓度最高。扩散和渗透可能受表面吸附的强烈控制,而受大小和分子量[10]的轻微控制。随着正丁烷等化合物的相互作用,吸附力增加,部分堵塞孔隙,降低了轻烃[10]的渗透。总之,我们的结果可以用两种不同的方式来解释。第一个是关于沸石表面的永久气体,其中最重要的参数是分子大小、分子量和膜的孔径。二是沸石表面的可凝气体,其控制步骤是沸石的吸附性能。

结论

与常规水热法相比,可以使用具有较低的化学试剂的干凝胶法合成沸石膜。干凝胶方法导致好不锈钢管上的紧凑,均匀性和粘附性。

为n测量的分离因子2/ SF.6.比率高于理论上的比率。这提高了对N的选择性2根据膜的孔径,控制knudsen-是解释的T.YPE扩散。在天然气的烃分离中,正丁烷在膜的渗透侧显示较高的浓度。在这种情况下,提出了分配给沸石的吸附性质的显着分离效果。

致谢

CGPI项目2005-0370,COFAA-IPN

参考文献

  1. 纽约1978年,学术出版社,R. M.Barrer,“沸石和粘土矿物和吸附剂和分子筛”。

  2. D. W.Breck,“沸石分子筛:结构化学和使用”,Wiley,纽约,1971年。

  3. A. Tavolaro和E. Drioli,“沸石膜”ADV。Mater。,11(1999)975-996。

  4. J. D.F.F.Ramsay和S. Kallus,“沸石膜”,通过微孔陶瓷膜的气体分离最近的进展,(ED。N.K. Kanellopoulos。)Elsevier Science B. V.,阿姆斯特丹,(2000)PP。373-395。欧洲杯线上买球

  5. J. Coronas和J.Santamaría,“使用沸石膜的分离”;分开。purif。方法,28(1999)127-177。

  6. M. Matsukata, M. Ogura, T. Osaki, P. Raja, H. P. Rao, M. Nomura and E. Kikuchi,“Conversion of dry gel to microporous crystals in gas phase”,Top。催化学报,9(1999)77-99。

  7. S. Alfaro,M. Arruebo,J.Coronas,M.Menéndez和J.Santamaría,“蒸汽辅助结晶Microp的MFI型管状膜的制备”,Mesop。Mater。,50(2001)195-200。

  8. M.P.Bernal,J.Coronas,M.Menéndez和J.Santamaría,“Santamaría”,“MFI沸石膜的性质的影响”,Microp。Mesop。母体。,60(2003)99-110。

  9. M. Matsukata和E. Kikuchi;“沸石膜:合成,性质和前景”;公牛。化学。SOC。日本。70(1997)2341-2356。

  10. J. Coronas,J.L.Falconer和R. D.高贵,“C的分离4.和C.6.ZSM-5管状膜中的异构体“,IND。ENG。化学。Res。,37(1998)166-176。

  11. M. Arruebo,J.Coronas,M.Menéndez和J.Santamaría,“使用硅膜从天然气中分离碳氢化合物”;分开。purif。技术。,25(2001)275-286。

  12. W.F.Lai,H. W.W. Deckman,J.A.Mchenry和J.P.P.Verduijn,“支持在生长增强层上生长的受控晶体宽度和优选取向的沸石膜”,美国专利No.5,871,650(1999年2月16日)。

  13. N. Nishiyama,“通过气相传输方法合成沸石膜及其分离性能”,pH。D.论文。,大阪大学工程科学学院化学工程系(1997)。欧洲杯线上买球

联系方式

萨尔瓦多·阿尔法罗和米格尔A. Valenzuela

实验室。Catálisis y Materiales, esiie -InstitutoPolitécniconacional.(IPN)
Zacatenco,07738,Méxicod.f.,
墨西哥

电子邮件:[电子邮件受保护]

本文还以印刷形式公布的“材料和材料加工技术进步”,欧洲杯足球竞彩卷。8.[1]63.-66.(200.6)

告诉我们你的想法

您是否有审核,更新或任何您想要添加到本文的内容?

留下您的反馈意见
提交