CN101015763A - NaA沸石分子筛膜蒸汽渗透脱除一氯甲烷中的微量水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无机膜的制备与应用新领域,特别涉及到NaA沸石分子筛膜蒸汽渗透脱除一氯甲烷中微量水。其特征是将Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O的摩尔配比配制合成液,将涂有晶种的载体放入到反应釜中,注入合成液,将釜密封后置于80~110℃的温度下,合成3-36h,制备的NaA沸石分子筛膜用去离子水反复浸泡至中性,烘干;一氯甲烷蒸汽渗透脱水操作在吹扫气流量/抽真空的真空度一定时,经GC检测,发现NaA沸石分子筛膜对水/一氯甲烷体系的分离因数在10000以上,同时经由NaA沸石分子筛膜分离后的一氯甲烷含水量为40~200PPm,完全达到了国标要求,具有重要的工业应用价值。
Description
技术领域
本发明属于化学工程技术领域,涉及到NaA沸石分子筛膜的制备方法,特别涉及到NaA沸石分子筛膜蒸汽渗透脱除一氯甲烷中微量水。
背景技术
一氯甲烷是一种甲烷氯化物,常温下呈气态,微溶于水,主要用于生产有机硅,四甲基铅,甲基纤维素,少量用于生产季胺化合物、农药、冷冻剂。
自从有机硅材料问世以来,一氯甲烷就伴随着其发展起来,2000年用于有机硅生产的一氯甲烷占其总消耗量的90%以上。
一氯甲烷作为有机硅的原料,各有机硅的生产厂商均对其提出了很高的要求,如德国的Wacker Chemie要求一氯甲烷含水量低于50PPm;根据我国的标准,一氯甲烷优等品含水量应低于400PPm,而目前工业上生产的一氯甲烷含水量大于2500PPm,为了脱除这些多余的水,工业上用发烟硫酸吸水操作工艺,经过这样处理后,一氯甲烷的含水量勉强达到国标的要求,然而此工艺不仅占地面积大,而且对环境有二次污染。
沸石分子筛膜是利用多孔材料作载体,将沸石分子筛合成在其表面,并形成均匀的沸石分子筛薄膜,它不仅具有一般无机膜具有优良的热稳定性、化学稳定性和机械稳定性,以及允许使用苛刻的清洗条件等优点。沸石分子筛膜除了具有一般无机膜的优点外,还继承了沸石分子筛的特点,其均一的孔径分布提供了很高的气体选择透过性和吸附性能;三维空间互通的孔道结构能使气体快速扩散;沸石分子筛晶间孔可以修饰从而增强吸附和选择性。
NaA分子筛是一种具有三维孔道结构的沸石,其Si/Al的摩尔比例为1,是亲水性最强的沸石分子筛。NaA沸石分子筛孔口由八元环围成,动力学直径为0.41nm,比水分子的动力学直径(0.29nm)要大得多,与工业上常用的几种有机物的分子动力学直径相近,因此,利用NaA沸石分子筛的这些特性,NaA沸石分子筛膜广泛应用在渗透蒸发(蒸汽渗透)脱除有机物中的水。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种NaA沸石分子筛膜蒸汽渗透脱除一氯甲烷中的微量水的方法。
本发明的技术方案如下:
一、NaA沸石分子筛膜的制备
将一定计量的NaOH,NaAlO2,硅溶胶和去离子水混合,室温下搅拌得到合成液,用聚四氟乙烯封头将预涂有晶种的载体两端堵死,将其垂直放入到不锈钢晶化釜中,缓慢倒入合成液,在水热合成,合成后的膜用去离子水反复冲洗到中性后自然晾干,然后放入80~150℃的烘箱中干燥12h以上,最后放入干燥器中保存,待用,合成过程反复几次,直到沸石分子筛膜致密、连续为止。
二、蒸汽渗透脱除一氯甲烷中的微量水
将处理好的NaA沸石分子筛膜安装到膜分离器中,两端用耐腐的氟胶O型垫圈密封,一氯甲烷和水蒸汽混合气体采用壳程进量,吹扫气采用管程进量,操作过程中控制原料气的进料流量、进料压力以及吹扫气的流量/抽真空的真空度。后经GC对原料组分、渗透组分和渗余组分进行分析,得到最佳条件下的NaA沸石分子筛膜对水/一氯甲烷的分离因数和处理效果。
本发明的效果和益处是:
1、提供了制备高性能的NaA沸石分子筛膜的新配方,给出了针对一氯甲烷脱水这一体系,NaA沸石分子筛膜合成后的处理过程;
2、将沸石分子筛膜应用在工业上一氯甲烷脱水操作中,拓展了NaA沸石分子筛膜的应用领域,并且取得了优异的分离效果,同时也为去除一氯甲烷中的微量水提供了一种环保、经济和高效的分离新材料,因而用NaA沸石分子筛膜脱除一氯甲烷中的微量水是可行的,具有重要的工业应用价值和实际意义。
附图说明
附图是NaA沸石分子筛膜蒸汽渗透脱除一氯甲烷中的微量水流程图。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
本发明的关键在于水热合成致密、无缺陷的NaA沸石分子筛膜、膜的后续处理以及水/一氯甲烷分离时吹扫气的流量/抽真空的真空度。
本发明中,按照一定的Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O的摩尔配比配制合成液,在预先涂有NaA沸石分子筛晶种的多孔α-Al2O3陶瓷管、不锈钢管、mullite管载体上利用水热合成法合成NaA沸石分子筛膜,合成的温度为80~110℃,合成的时间为3~36h,制备好的NaA沸石分子筛膜用去离子水反复浸泡至中性,后放入80~150℃的烘箱中干燥12h以上,最后放入干燥器中保存,待用。一氯甲烷(含水量>=2500PPm)蒸汽渗透脱水操作在温度和进料压力分别为-10~150℃和0.01~4MPa的条件下进行的,在吹扫气流量/抽真空的真空度一定时,经GC检测,发现NaA沸石分子筛膜对水/一氯甲烷的分离因数在1000~100000之间,同时经由NaA沸石分子筛膜分离后的一氯甲烷含水量在40~200PPm之间。
得到的沸石分子筛膜的晶体结构和膜表面形貌可由X射线衍射和扫描电镜照片分析得到证实。
实施例:
NaA沸石分子筛膜合成液的配制:在100ml的烧杯中将3.935g NaAlO2(含Al2O3 wt.%=54.0%,Na2O wt.%=41.0%)和1.304g NaOH充分溶解于39.002g水中,强烈搅拌1h,再将8.344g硅溶胶(SiO2wt.%=30.0%)缓慢加入到上面搅拌好的铝酸盐中,然后继续搅拌3h得到白色乳状溶胶合成液。
载体预处理:将载体表面依次用600#和800#砂纸打磨外表面,直至载体表面光滑,用碱浸泡24h,然后用超声波震荡洗去孔内残留的碱,再用去离子水洗至中性后自然晾干,最后在423 K温度下烘干备用。
载体晶种层的制备:将已经准备好的NaA沸石分子筛配制成1.0wt.%的晶种水溶液,载体用浸渍提拉方法涂覆晶种,反复涂敷2次,每次涂敷时间为1min,将涂有晶种的载体在室温下自然晾干,然后将其放入马福炉中焙烧。升温速率为1K/min,从室温升至873 K,并且恒温4h去除沸石分子筛中的有机膜板剂,此过程可以使沸石分子筛与载体结合得更牢固。然后再以1K/min的速率降温。
沸石分子筛膜的制备:将涂有晶种的载体,垂直放入到不锈钢反应釜中,加入上面配制好的合成液,密封后放到100℃的烘箱内,恒温晶化24h后取出冷却,并用去离子水洗至中性,之后放到80℃的烘箱中干燥12h,然后放入干燥器中待用。
脱除一氯甲烷中的微量水:将上面制备好的NaA沸石分子筛膜,安装到膜分离器中,膜两端的压差控制在100KPa,进料的一氯甲烷含水量为2600PPm,进料流速为15ml/min,吹扫气为不含水的空气,吹扫气流速控制在15ml/min,膜面积为0.01m2,经过膜处理后,渗透侧气体含有水量为99.2788%,水/一氯甲烷的分离因数为52807.6,渗余侧气体含水量为80PPm。
Claims (1)
1.NaA沸石分子筛膜蒸汽渗透脱除一氯甲烷中的微量水的方法,其特征在于合成过程以下:
(1)NaA沸石分子筛膜的制备:NaA沸石分子筛膜是按照一定的Na2O∶SiO2∶Al2O3∶H2O的摩尔配比配制成溶胶,水热合成制得;在预先涂有NaA沸石分子筛晶种的多孔的α-Al2O3陶瓷管、不锈钢管和mullite管载体上利用水热合成法合成沸石分子筛膜,合成的温度为80~110℃,合成的时间为3~36h,制备好的NaA沸石分子筛膜用去离子水反复浸泡至中性,之后放入80~150℃的烘箱中干燥12h以上;
(2)蒸汽渗透脱除一氯甲烷中的微量水:
含水量≥2500PPm的一氯甲烷蒸汽渗透脱水操作是在温度和进料压力分别为-10~150℃和0.01~4MPa的条件下进行的,在吹扫气流量/抽真空的真空度一定时,经GC检测,发现NaA沸石分子筛膜对水/一氯甲烷的分离因数在1000~100 000之间,同时经由NaA沸石分子筛膜分离后的一氯甲烷含水量在40~200PPm之间。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Open date: 20070815 |