无模板剂二次生长法合成MFI型分子筛膜及氢气分离研究

氢能源是一种具有燃烧效率高、清洁无污染等特点的理想的能源载体，利用高能量密度的液体燃料制取和分离氢气是有效利用氢气的关键。本项目拟通过分子筛膜反应器与水汽变换反应耦合，催化分离协同作用，打破化学平衡，获得较高纯度的氢气和二氧化碳，降低操作成本，提高反应效率。本项目将开展用无模板剂的二次生长法制备无缺陷高性能分子筛膜，选取适当的硅源，通过在线气相化学沉积修饰分子筛膜的孔道，考察分子筛膜微孔结构的影响因素，通过水汽变换反应的组成气体的渗透研究，探明分子筛膜的渗透机理；用溶胶-凝胶法制备高浓度氧化铈溶胶，用浸渍法改性Cu基催化剂，考察其催化性能，构建分子筛膜反应器，与水汽变换反应耦合，通过系统考察膜反应器的操作参数、反应器结构、膜性能对反应结果的影响，建立膜反应器的数学模型，并优化膜反应器的结构，研究分子筛膜反应器与水汽变换反应耦合的协同关系，优化系统操作参数，为氢气制取和分离研究开发奠定基础。

MFI型沸石分子筛因其特殊孔道结构以及良好的吸附性能，具有良好的分离、催化性能，使得分离分子水平的混合物有望实现，故在分离、催化领域具有良好的应用前景。本项目采用无模板剂二次生长法在α-Al2O3中空纤维上合成了高质量的MFI型沸石分子筛膜。并利用XRD检测晶种和沸石分子筛的晶体结构，利用SEM检测晶种层和沸石分子筛膜的表面形貌。298K下H2/SF6和 H2/n-C4H10的理想分离因子分别为125和152，远远大于两者的努森扩散系数8.54和5.38，这充分的表明合成的分子筛膜没有缺陷。在混合气体的渗透测试中，H2/CO2的分离因数在723K时达到了10左右，同时，氢气的渗透通量达到了5.56×10-7 mol•m-2•s-1•Pa-1。. 结合当前NaA型分子筛膜的国内外研究现状和研究热点，本项目通过考察NaA型分子筛及NaA型分子筛膜成膜过程中的多种影响因素，进而优化合成条件，采用微波辐射的方法合成出了颗粒均匀的NaA型分子筛，同时采用原位/微波辐射在不同载体上制备NaA型分子筛膜，并利用XRD、SEM、渗透汽化和气体渗透等表征手段对其进行了表征，探索了通过不同改性方式在α-Al2O3载体表面合成的NaA型分子筛膜的分离性能。. 结合当前PHI型分子筛及分子筛膜的国内的研究现状和研究热点，本项目通过考察PHI型分子筛成膜过程中得多种影响因素，进而优化合成条件，采用原位水热合成法与二次生长法合成出了均匀、致密的PHI型分子筛膜，并利用粒径分析仪、XRD、SEM和渗透汽化等表征手段对其进行了表征，探索了通过不同合成方式在α-Al2O3载体表面合成的PHI型分子筛膜的分离性能。. 此外，本项目以Ce(NO3)3•6H2O和ZrO(NO3)2•2H2O为原料采用改进溶胶一凝胶法合成了纳米级铈锆固溶体，考察了不同铈锆摩尔比和温度条件对制备固溶体的粒度、晶型和还原性能的影响，获得了优化工艺条件。