一种二氧化硅/NaA分子筛复合膜的制备方法与流程

一种二氧化硅/naa分子筛复合膜的制备方法
技术领域
1.本发明是属于无机膜材料制备的技术领域，特别涉及一种二氧化硅/naa分子筛复合膜的制备方法。


背景技术：

2.膜分离技术是一种新兴的分离纯化技术，具有能耗低、污染少、分离过程连续、操作条件温和、易于放大、易于与其他分离工艺耦合等优点。按膜材料不同，可以分为无机膜和有机膜，与有机膜相比，无机膜具有优异的化学稳定性、热稳定性和机械强度。naa分子筛具有八元环立方孔道结构(0.41nm)，介于大部分有机物分子和水分子直径之间，且具有较强的亲水性，使得naa分子筛膜在有机物溶剂的渗透汽化脱水中拥有广泛的应用前景，特别是在乙醇和异丙醇的脱水方面。然而，负载在陶瓷支撑体上的多晶膜比较容易损坏，多晶膜在制备过程中会出现缺陷，这些缺陷直接影响膜的分离性能。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有无机膜表面缺陷存在的不足，提供一种二氧化硅/naa分子筛复合膜的制备方法。该方法通过原位生长法在naa表面合成二氧化硅颗粒层，经高温干燥后形成结构稳定、表面均匀致密的二氧化硅/naa分子筛复合膜。
4.本发明具体通过如下技术方案予以实现：
5.一种二氧化硅/naa分子筛复合膜的制备方法，包括以下步骤：
6.(1)将非离子表面活性剂加入到水中，搅拌均匀配制成水溶液；
7.所述步骤(1)中，非离子表面活性剂优选tween
‑
80、聚乙烯醇、壳聚糖、聚乙二醇中的一种或多种；
8.所述步骤(1)中，水溶液质量浓度优选1wt％
‑
10wt％；
9.(2)室温下，将管式naa分子筛膜浸渍在步骤(1)所配制的溶液中，并缓慢搅拌。浸渍一段至少1h后取出管式naa分子筛膜，然后用乙醇和水分别洗涤，除去不稳定的附着残留物，然后在真空烘箱中干燥；
10.(3)将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，然后依次加入去离子水和氨水，配成混合溶液；
11.所述步骤(3)中，正硅酸乙酯：水：氨水：乙醇的体积比优选1：1：1：20至1：3：5：100；
12.(4)将步骤(2)中干燥后的管式naa分子筛膜浸入步骤(3)的混合溶液中，缓慢搅拌至少6h后取出，并用乙醇洗涤1～3次，然后放入真空烘箱中干燥，得到二氧化硅改性的naa分子筛膜。
13.本发明制备方法将亲水性的二氧化硅颗粒原位生长在naa分子筛膜表面，制备得到的复合膜应用于乙醇脱水，对乙醇/水体系具有优异的分离效果。
附图说明
14.图1为未改性的naa分子筛膜表面扫描电镜图片。
15.图2为本发明实施例1中二氧化硅改性的naa分子筛膜表面扫描电镜图。
16.图3为本发明实施例1中二氧化硅改性的naa分子筛膜断面扫描电镜图。
具体实施方式
17.为进一步说明本发明的技术方案，给出以下具体实施例。需要说明的是，仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采取类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应视为落入本发明的保护范围。
18.实施例1
19.将tween
‑
80加入到水中，搅拌均匀配制成浓度为1％的tween
‑
80水溶液。室温下，将管式naa分子筛膜浸渍在tween
‑
80水溶液中，并缓慢搅拌。浸渍1h后取出管式naa分子筛膜，然后用乙醇和水各洗涤1次，然后在真空烘箱中干燥。将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，然后依次加入去离子水和氨水(正硅酸乙酯：水：氨水：乙醇的体积比分别是1：1：1：20)，配成混合溶液。将干燥后的管式naa分子筛膜浸入正硅酸乙酯混合溶液中，缓慢搅拌6h后取出，并用乙醇洗涤2次。然后放入真空烘箱中干燥，得到二氧化硅改性的naa分子筛膜。改性后的naa分子筛膜表面形貌如图2所示，与未改性(图1)相比，naa分子筛膜表面覆盖了一层均匀的二氧化硅颗粒，膜表面的裂纹得到明显修复。图3是改性后naa分子筛膜截面的形貌，二氧化硅颗粒层的厚度约300nm。测试改性naa分子筛膜的分离性能：操作温度为75℃，对90wt.％乙醇/水进行渗透蒸发分离。通量为3.36kg
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m
‑2h
‑1，分离因子为2100。
20.对比例1，其他步骤同实施例1，不同之处为使用未改性的naa分子筛膜，测试分离性能：通量为3.68kg
·
m
‑2h
‑1，分离因子为330。结果显示，相比于对比例1，实施例1中改性的naa分子筛膜分离选择性能大幅提高。
21.实施例2
22.将聚乙烯醇加入到水中，搅拌均匀配制成浓度为3％的聚乙烯醇水溶液。室温下，将管式naa分子筛膜浸渍在聚乙烯醇水溶液中，并缓慢搅拌。浸渍6h后取出管式naa分子筛膜，然后用乙醇和水各洗涤1次，然后在真空烘箱中干燥。将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，然后依次加入去离子水和氨水(正硅酸乙酯：水：氨水：乙醇的体积比分别是1：3：3：50)，配成混合溶液。将干燥后的管式naa分子筛膜浸入正硅酸乙酯混合溶液中，缓慢搅拌12h后取出，并用乙醇洗涤2次。然后放入真空烘箱中干燥，得到二氧化硅改性的naa分子筛膜。测试改性naa分子筛膜的分离性能：操作温度为75℃，对90wt.％乙醇/水进行渗透蒸发分离。通量为3.29kg
·
m
‑2h
‑1，分离因子为4300。结果显示，相比于对比例1，实施例2中改性的naa分子筛膜分离选择性能大幅提高。
23.实施例3
24.将壳聚糖加入到水中，搅拌均匀配制成浓度为5％的壳聚糖水溶液。室温下，将管式naa分子筛膜浸渍在壳聚糖水溶液中，并缓慢搅拌。浸渍12h后取出管式naa分子筛膜，然后用乙醇和水各洗涤1次，然后在真空烘箱中干燥。将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，然后依次加入去离子水和氨水(正硅酸乙酯：水：氨水：乙醇的体积比分别是1：3：5：50)，配成混合溶液。将干燥后的管式naa分子筛膜浸入正硅酸乙酯混合溶液中，缓慢搅拌24h后取出，并用乙醇洗涤2次。然后放入真空烘箱中干燥，得到二氧化硅改性的naa分子筛膜。测试改性naa分
子筛膜的分离性能：操作温度为75℃，对90wt.％乙醇/水进行渗透蒸发分离。通量为3.21kg
·
m
‑2h
‑1，分离因子为9800。结果显示，相比于对比例1，实施例3中改性的naa分子筛膜分离选择性能大幅提高。
25.实施例4
26.将聚乙二醇加入到水中，搅拌均匀配制成浓度为10％的聚乙二醇水溶液。室温下，将管式naa分子筛膜浸渍在聚乙二醇水溶液中，并缓慢搅拌。浸渍24h后取出管式naa分子筛膜，然后用乙醇和水各洗涤1次，然后在真空烘箱中干燥。将正硅酸乙酯溶解在乙醇中，然后依次加入去离子水和氨水(正硅酸乙酯：水：氨水：乙醇的体积比分别是1：3：5：100)，配成混合溶液。将干燥后的管式naa分子筛膜浸入正硅酸乙酯混合溶液中，缓慢搅拌36h后取出，并用乙醇洗涤2次。然后放入真空烘箱中干燥，得到二氧化硅改性的naa分子筛膜。测试改性naa分子筛膜的分离性能：操作温度为75℃，对90wt.％乙醇/水进行渗透蒸发分离。通量为3.26kg
·
m
‑2h
‑1，分离因子为7200。结果显示，相比于对比例1，实施例4中改性的naa分子筛膜分离选择性能大幅提高。
27.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
28.本发明未尽事宜为公知技术。