ZSM-5沸石分子筛膜的制备及脱盐性能研究

淡水资源日益短缺,发展膜法海水淡化技术是满足世界淡水供应需求的重要途径,但是寻找合适的膜材料依然是人类面临的挑战。ZSM-5沸石分子筛膜（简称沸石膜）具有规则的孔道结构、合适的孔径尺寸（0.51~0.56 nm）以及可调变的硅铝比,在有机物脱水分离应用中展示了优异的选择性及良好的渗透性和稳定性。基于其孔径尺寸介于水分子和盐离子之间,其在海水淡化脱盐领域也具有应用潜力。在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次生长法制备了ZSM-5沸石膜,考察了晶化时间与合成液的硅铝比对ZSM-5沸石膜成膜和渗透蒸发脱盐性能的影响,并采用XRD、SEM、EDS与水接触角表征了合成膜的相结构与结晶度、骨架组成表面特性等膜的结构性质。结果表明：通过二次水热法采用合成液摩尔配比为n（Al₂O₃）∶n（SiO₂）∶n（Na₂O）∶n（NaF）∶n（H₂O）=0.05∶1∶0.21∶1.01∶55的合成液在175℃下晶化48 h为最佳的合成条件,制备了Si/Al比为10、接触角为17.5°的亲水纯相致密ZSM-5沸石膜,并在75℃下对3.5%（质量）的NaCl水溶液进行了渗透蒸发测试,水的通量和盐离子截留率达到8.35 kg·m^-2·h^-1和99.99%,且性能在60 h的时间依存性测试后依然稳定,表现出了很高的海水淡化工业应用潜力。     

Na2O掺杂铝酸钙化合物物相转化与浸出性能

以分析纯试剂CaCO₃、Al₂O₃和Na₂CO₃为原料,在1350℃烧结1 h合成了Na₂O掺杂铝酸钙熟料,并采用XRD、SEM和EDS等方法研究了Na₂O掺杂CaO-Al₂O₃体系铝酸钙化合物的物相演变规律及熟料浸出性能。结果表明:当CaO和Al₂O₃的摩尔比为1.0时,CaO-Al₂O₃体系铝酸钙由CaO·Al₂O₃和12CaO·7Al₂O₃组成,而Na₂O掺杂铝酸钙熟料由CaO·Al₂O₃、12CaO·7Al₂O₃、Na₂O·Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀组成。除形成含Na₂O化合物外,熟料中掺杂的Na₂O固溶于12CaO·7Al₂O₃中,而CaO·Al₂O₃中几乎不含Na₂O。随着熟料中Na₂O掺杂量的升高,12CaO·7Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀的含量逐渐增加,CaO·Al₂O₃的含量逐渐降低;12CaO·7Al₂O₃和Na₄Ca₃(AlO₂)₁₀的结晶度逐渐降低,CaO·Al₂O₃的结晶度逐渐升高。Na₂O的掺杂提高了熟料在碳酸钠溶液中的浸出性能,并且使浸出渣中CaCO₃的空间群由R-3CH、P63/MMC两种转变为只含有R-3CH一种。     

ZSM-5/NaY型复合分子筛膜的制备及其渗透汽化性能研究

采用水热合成法在n(SiO₂)∶n(Al₂O₃)∶n(Na₂O)∶n(H₂O)为25∶1∶22∶600的合成液体系中合成高性能的ZSM-5/NaY型复合分子筛膜,考察了陈化时间、合成液中水的摩尔分数、合成时间以及合成温度对膜的渗透汽化分离性能的影响,同时,考察了ZSM-5/NaY型复合分子筛膜的稳定性。利用SEM和XRD对膜的形态结构进行表征。结果表明,在合成液陈化18 h后,在105℃下晶化6 h,可成功制备出连续致密的ZSM-5/NaY型复合分子筛膜;在75℃下分离90%的异丙醇/水体系,渗透侧水质量分数可以达到99.15%以上,渗透通量保持在2.12 kg/(m²·h)以上,并且具有良好的重复性。     

混合碱效应对Li2O-Al2O3-SiO2系玻璃结构和热膨胀性能的影响

本文用传统高温熔融法熔制Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系高铝玻璃,改变碱金属氧化物n(Li₂O)/n(Na₂O)的摩尔比,运用阿基米德排水法、热膨胀仪、DSC、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱等测试手段和仪器,探究了混合碱金属效应对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系玻璃结构和热膨胀性能的影响。结果显示:随着n(Li₂O)/n(Na₂O)比例增大,混合碱金属效应对Li₂O-Al₂O₃-SiO₂系玻璃的密度和热膨胀系数的影响一致,表现为先增大后减小,当R=0.25(R=n(Li₂O)/[n(Li₂O)+n(Na₂O)],摩尔比)时,出现极值,此时密度达到最大2.447 4 g/cm³,热膨胀系数达到最大7.811 7×10^-6/℃;对玻璃特征温度的影响随着温度的升高而逐渐减弱至消失;对玻璃的析晶能力有一定的提升作用;对玻璃三维骨架结构中的硅氧四面体Qⁿ的影响也各不相同。     

硅锰渣复合粉煤灰水热合成NaA沸石及其表征

对硅锰渣进行高温煅烧预处理,并复合粉煤灰作为原料,采用水热法合成了结晶度良好的NaA沸石。研究了硅铝比(n(SiO₂)/n(Al₂O₃))、碱度(c(NaOH))、水热温度以及水热时间等条件对合成产物的影响。结果表明:在煅烧硅锰渣与粉煤灰以质量比为1∶1,n(SiO₂)/n(Al₂O₃)=2.2,反应温度为90 ℃,碱度为2 mol/L,反应时间为4 h的条件下即可合成结晶度良好且具备一定热稳定性的NaA沸石。相较于传统的以粉煤灰为原料合成NaA沸石,本实验掺入硅锰渣形成复合体系,为硅锰渣的资源化利用提供了新途径。     

Na2O-Al2O3-SiO2-P2O5玻璃的结构和析晶性能研究

采用熔融-淬冷法制备了不同(Al₂O₃+P₂O₅)含量的碱铝硅酸盐玻璃,通过拉曼光谱、X射线衍射光谱、扫描电镜研究了其结构特征和析晶性能。发现随着(Al₂O₃+P₂O₅)含量减少,玻璃中Na₂O含量增加,玻璃化转变温度从685 ℃降低到622 ℃,当减少至摩尔分数为22%时,出现析晶峰且起始析晶温度降低。拉曼光谱表明Q⁴_P对应的拉曼峰强度变低且逐渐向低波数方向移动,说明Na₂O作为网络修饰体使硅酸盐玻璃结构逐步解聚,玻璃的析晶能力逐渐增强。结果表明:当(Al₂O₃+P₂O₅)摩尔分数为22%时热处理后的样品存在晶型转变,700 ℃热处理时以NaAlSiO₄霞石晶体为主,900 ℃时转变为以Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂霞石晶体为主。当(Al₂O₃+P₂O₅)的摩尔分数为21%和20%时,热处理后的样品能稳定析出Na₃PO₄和Na_6.8Al_6.3Si_9.7O₃₂晶体。热处理后的样品析出了耐酸侵蚀性较差的富磷相和Na₃PO₄晶体,导致化学稳定性变差。     

双模板剂法SAPO-34分子筛的合成及其MTO催化性能调变

以四乙基氢氧化铵（TEAOH）和二乙铵（DEA）为混合模板剂，在低投料硅铝比[n (SiO₂) ∶n (Al₂O₃)=0.2]及低模板剂用量[n (模板剂) ∶n (Al₂O₃)=1.9]下，考察了两种模板剂比例的调变对合成的SAPO-34分子筛物化性能及其催化甲醇制烯烃反应（MTO）催化性能的影响。研究发现，通过改变两种模板剂比例，可以明显调变SAPO-34分子筛晶粒尺寸、硅分布（晶粒表面和体相的硅分布）、硅原子的配位环境，从而影响其MTO催化反应的效果。在低模板剂用量制备的SAPO-34产品中，晶粒尺寸是影响其催化寿命的最主要因素，小晶粒分子筛因其扩散路径短有利于延长催化寿命。此外，硅分布也是影响催化寿命的因素之一，表面富硅的分子筛导致外表面积炭程度大于晶内积炭，积炭趋势由外向内发展，加速分子筛“假性”失活。硅分布还影响MTO反应产物分布，表面富硅分子筛外表面更易发生非择形催化，显著提高C₄～C₆等产物的选择性，不利于目标产物双烯（乙烯+丙烯）选择性的提高。     

涂层组分对堇青石脱硝催化剂性能的影响

为了探究涂层组分对整体式低温选择性催化还原（SCR）脱硝催化剂性能的影响，本文使用锰氧化物（MnO _x ）、氧化物涂层（TiO₂、SiO₂及Al₂O₃）、堇青石（CC）基体制备整体式涂层催化剂，考察催化剂牢固度以及脱硝活性。结果表明：在200℃ 时，对于MnO _x /Al₂O₃/CC催化剂，MnO _x 负载率为6%（质量分数）时脱硝效率最高为95%；对于MnO _x /TiO₂/CC，负载率为6%~12%时脱硝效率相差不大，为75%左右；对于MnO _x /SiO₂/CC，负载率12%时脱硝效率80%。样品牢固度排列顺序如下：MnO _x /Al₂O₃/CC > MnO _x /SiO₂/CC > MnO _x / TiO₂ /CC。通过BET、SEM、TG、Raman、H₂-TPR等测试与分析方法发现：影响催化剂性能的因素主要为活性组分MnO _x 状态以及载体性能的差异。Al₂O₃涂层比表面积适中，作为载体活性好；SiO₂涂层虽然比表面积大、牢固度好，但作为载体活性差；TiO₂作为涂层比表面积较小，溶胶中溶剂挥发快使得涂层表面不均匀。     

生物模板法制备SAPO-34分子筛及其对CO2/CH4吸附分离性能的研究

采用生物质模板（茶花粉）掺杂制备SAPO-34分子筛,研究了SAPO-34分子筛对CO₂和CH₄的静态吸附性能,同时考察了水热晶化时间、硅铝摩尔比（SiO₂/Al₂O₃摩尔比）和有机模板剂对茶花粉掺杂合成SAPO-34分子筛的影响。结果表明,茶花粉的加入可以制备性能良好的SAPO-34分子筛并降低其尺寸在1～2μm之间;晶化时间（24～36 h）的延长有利于分子筛结晶;当硅铝比为0.6、有机模板剂摩尔比为2时,SAPO-34分子筛的晶化效果最佳。茶花粉清液合成的SAPO-34分子筛在静态吸附实验压力为100 kPa时,CO₂和CH₄的总吸附量分别为2.92 mmol/g和0.58 mmol/g, CO₂/CH₄的理想分离系数为5.05。     

二乙胺导向合成中空纤维负载型SAPO-34分子筛膜

采用价格低廉的二乙胺为模板剂，通过球磨晶种诱导二次生长法制备中空纤维负载型SAPO-34分子筛膜用于CO₂/CH₄气体分离。系统考察了诱导晶种大小、膜合成液中二乙胺含量、铝源含量与晶化时间对膜结构形貌以及分离性能的影响。结果表明：相比于原始晶种，球磨晶种诱导制备SAPO-34分子筛膜层更加致密。随着膜合成液中二乙胺含量增加，膜表面分子筛晶体逐渐由SAPO-11向SAPO-34转变，当二乙胺含量过高时，载体表面未形成SAPO-34膜。当合成液中铝源含量较低时，分子筛膜晶化不够完全，当铝源含量过高时，膜表面晶体粒径逐渐减小甚至难以成核，膜层厚度减薄，不易生成连续的膜层。随着晶化时间的增加，膜层厚度逐渐增加，膜表面趋于致密。当膜合成液摩尔组成为1.0Al₂O₃∶0.9P₂O₅∶0.6SiO₂∶2.0DEA∶100H₂O，晶化时间为36 h时，球磨晶种诱导制得的SAPO-34分子筛膜分离性能最佳，膜的CO₂渗透性为1.11×10^?6 mol·m^?2·s^?1·Pa^?1，CO₂/CH₄分离选择性达80。     

超声波-机械搅拌联合作用下NaY分子筛的合成及影响因素

在超声波-机械搅拌联合作用下,以水玻璃、导向剂、硫酸铝、低碱偏铝酸钠和水为原料合成Na Y分子筛,并分别考察反应配比、超声波作用时间及超声波功率等对合成Na Y分子筛的结晶度和分散性能的影响。结果表明,采用超声波-机械搅拌联合作用合成的Na Y分子筛较常规水热合成法或超声波法合成的Na Y分子筛结晶度有所提高,且均随超声波作用时间和功率的增加呈先增后减的趋势,分布均匀且分散性好;在n(Si O_2)∶n(Na_2O)∶n(Al_2O_3)∶n(H_2O)=8.6∶2.73∶1∶209条件下,适宜的超声波作用时间30 min,超声波作用功率60 W。     

碱度对A型分子筛成型体的影响研究

以4A分子筛为原料、高岭土作为黏结剂制备分子筛成型体吸附剂,探究了碱度对成型体吸附性能、晶粒大小及强度的影响。结果表明：当氧化钠与二氧化硅物质的量比为2、水与氧化钠物质的量比为50时,可为成型体提供适宜的钠源和碱度,生成晶粒大小适中的分子筛;适宜的碱度可以在保证成型体吸附剂强度的同时,解决高岭土堵塞分子筛孔道影响吸附性能的问题,最大程度提高成型体吸附剂的吸附效率。     

膨润土碱熔活化水热合成NaP沸石分子筛

为利用膨润土合成NaP沸石分子筛,研究了膨润土的成分,该膨润土的主要成分为蒙脱石和石英。采用向膨润土中加碱在850 ℃碱熔1 h的方法,活化了膨润土中的蒙脱石和石英,获得了高活性的原料。采用水热合成的方法,通过正交实验,确定了合成NaP沸石分子筛的优化条件：二氧化硅与三氧化二铝物质的量比为5、氧化钠与二氧化硅物质的量比为1.6、水与氧化钠物质的量比为50、50 ℃老化2 h、95 ℃晶化9 h。X射线衍射和扫描电镜分析结果表明,所得产物为纯净的NaP沸石分子筛,平均粒径为1 μm,干沸石的钙离子交换量（以碳酸钙计）为315 mg/g。     

Organotemplate-free Hydrothermal Synthesis of SUZ-4 Zeolite： Influence of Synthesis Conditions

Various conditions were investigated in detail for the novel organic template-free static hydrothermal synthesis of SUZ-4 zeolite in the presence of seeds. The obtained samples were characterized by XRD （X-ray diffraction）, SEM （scanning electron microscope）, TG （thermal gravimetric analysis）, ICP （inductively coupling plasma） elemental analysis, nitrogen sorption isotherm and surface area. The results show that pure SUZ-4 zeolites with high crystallinity are obtained in a broad window of synthesis conditions： seed mass concentration 0.2%-2%, SIO2/A1203 molar ratio 21 25, KOH/SiO2 molar ratio 0.33 0.43, H20/SiO2 molar ratio 7.14-38.1, aging time 24 h, crystallization temperature 160℃, and crystallization time 6-10 d. Also, crystallinity and size of the rod-like SUZ-4 zeolite crystals are found to alter with the conditions.     

无黏结剂ZSM-35沸石的制备与催化反应性能

考察了不同硅铝比无黏结剂ZSM-35沸石分子筛的合成条件及催化反应性能。以多种有机胺（乙二胺、环己胺、正丁胺）为模板剂,在SiO₂/Al₂O₃为30～40的情况下均可以水热合成无黏结剂ZSM-35沸石。在乙二胺模板剂体系中,ZSM-35合适的晶化温度为130～160℃。提高SiO₂/Al₂O₃至58时,在乙二胺和正丁胺模板剂体系下,合成产物易出现ZSM-5和石英相,而环己胺作为模板剂可以成功制备纯相的无黏结剂ZSM-35沸石。在SiO₂/Al₂O₃为72时,以乙二胺、环己胺、正丁胺为模板剂均难合成纯相ZSM-35沸石,易产生杂晶。在二甲苯异构化反应中,制备的ZSM-35沸石表现出比ZSM-5沸石更好的对二甲苯选择性和更低的二甲苯损失。     

静态条件下合成纳米片层ZSM-5分子筛

采用具有双功能导向作用的长碳链双季铵盐作为模板剂,原料配比为n(Na_2O)∶n(Al_2O_3)∶n(SiO_2)∶n(C_(22-6)-6Br_2)∶n(H_2SO_4)∶n(H_2O)=30∶1∶100∶10∶18∶4 000,静态条件下合成有序纳米片层ZSM-5分子筛,并采用XRD、N2吸附-脱附、SEM和TEM等对其进行表征。研究部分晶化条件对合成过程的影响。结果表明,增大填充度至50%,可以提高晶化压强,从而提高分子筛结晶度;随着凝胶碱度的增加,纳米片层分子筛结晶度先增大后降低,多片层有序性也发生同样变化;晶化时间对合成过程的前期影响较大,晶化时间6天,分子筛达到较高结晶度,样品形貌均一,介孔孔径分布集中。     

高岭土原位合成高硅铝比小晶粒NaY分子筛

以不同温度焙烧的苏州高岭土为原料,采用原位晶化法合成高硅铝比小晶粒NaY分子筛,考察晶种胶添加量、陈化温度、晶化温度和m(高土)∶m(偏土)对晶化过程和产物性质的影响。结果表明,m(高土)∶m(偏土)=1时,在晶种胶添加质量分数15%、陈化温度90℃和晶化温度100℃条件下,以普通高岭土为原料原位合成NaY样品的相对结晶度约为80%,骨架硅铝比(SiO2与Al2O3物质的量比)为6.4,平均粒径约500nm。调整原料中m(高土)∶m(偏土)可以控制原位晶化样品中的分子筛含量。以细化高岭土为原料合成的NaY分子筛(平均约445nm)粒径小于普通高岭土合成的样品。骨架硅铝比高于6.0的原位晶化样品的骨架坍塌温度高于950℃,具有很高的结构稳定性。     

低硅铝比纳米团聚体ZSM-5的合成工艺研究

纳米团聚体ZSM-5因具有较高的活性及水热稳定性而被广泛用于催化剂的制备。以水玻璃为硅源、硫酸铝为铝源、正丁胺为模板剂,合成低硅铝比纳米团聚体ZSM-5分子筛。考察了钠硅比、陈化时间、晶种添加量等因素对合成分子筛形貌和晶粒尺寸的影响。采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、氮气物理吸附、透射电镜（TEM）和X射线荧光光谱仪（XRF）等手段对样品进行了物性分析。结果表明：钠硅比（氧化钠与二氧化硅物质的量比）大于0.11可以合成出结晶度较好的ZSM-5分子筛,当钠硅比大于0.13时ZSM-5晶粒增大;延长陈化时间有助于降低分子筛的晶粒尺寸,提高晶粒尺寸的均一度,陈化12 h时晶体的平均尺寸约为160 nm;晶种添加量为3%~4%（按总二氧化硅质量计算）时,对样品晶粒尺寸及均匀度的影响较小。     

体型化NaA分子筛的制备研究

以粉煤灰一步酸溶法提取氧化铝剩余的酸溶渣为原料制备具有一定强度的地质聚合物,经过水热反应原位转化NaA分子筛。通过研究合成过程中的硅铝比、碱量、液固比等因素对制备体型化分子筛的影响,得到了制备酸溶渣基地质聚合物原位转化NaA型分子筛的最佳条件：在二氧化硅与三氧化二铝物质的量比为1.8、氧化钠与三氧化二铝物质的量比为1.0、水与酸溶渣质量比为1.2条件下制备出地质聚合物,之后在0.5 mol/L的75 mL氢氧化钠溶液中晶化,在晶化温度为100 ℃、晶化时间为8 h条件下可以制备出晶相单一、结晶度高的NaA体型化分子筛。制备的NaA体型化分子筛具有明显的立方体形貌,颗粒分布均匀,孔径为0.685 nm,比表面积为86.75 m²/g,抗压强度为4.5 MPa。