[发明专利]ZSM－5分子筛膜及在处理砷方面的应用

说明书

技术领域

本发明属于ZSM-5分子筛膜的合成及其应用技术领域，具体涉及利用不锈钢金属网作为载体，采用二次生长的方法生长ZSM-5分子筛膜及该分子筛膜在处理污水中无机砷酸盐方面的应用。

技术背景

ZSM-5分子筛膜是近十年来发展起来非常重要的一种分子筛膜，它具有高机械强度、抗化学腐蚀及生物腐蚀、耐高温、通量大等优点。同时，它又具有分子筛的结构特点：三维穿插孔道，有效孔径为：5.4埃米×5.6埃米，规则的孔道结构，具有分子筛分特性；离子可交换性，可调变亲水性。这些特性使得ZSM-5分子筛膜具有良好的分离性能，使之在膜分离过程中(包括气体分离、渗透汽化、汽化渗透)存在广泛的应用前景。

最近，国内外科学家对ZSM-5分子筛膜的合成与应用进行了广泛的研究，开发了多种合成方法，主要包括：原位水热晶化法、二次生长法、气相合成法(CN1795971A，CN1843913A，CN1216180A)。其中原位水热晶化法、气相合成法生长的ZSM-5膜缺陷多，连续性差，生长无取向性。

近年来，随着经济的发展，工业的进步，随之而带来的是对人类环境的破坏，对自然的侵蚀。与人类息息相关的水资源遭到污染。其中有毒重非金属元素砷是水资源中最普遍存在的污染元素。如何除去水中砷已经引起广泛关注。在自然界中，砷元素一般以无机砷(AsO₃^3-)，(AsO₄^3-)的形式存在。砷急性中毒可引起消化道溃疡、腹泻；慢性中毒可引起皮肤病变、神经、消化和心血管系统障碍，有积累性毒性作用，破坏人体细胞的代谢系统。

目前除去水资源中的砷还没有一个有效的方法，特别是把水中砷的含量降低到国家规定的标准以下(50ppb)。国内专利CN1623921，CN1751783，CN101024160详细地报道了除去水中无机砷的各种办法，他们的方法虽然在一定程度上能够除去一部份砷，但是在他们体系中分别利用了各种强酸、强碱、氧化剂、程序繁琐，而且处理之后的砷含量仍然在国家规定的标准以上。

本发明目的就是克服以前尚未克服的技术困难，利用二次生长的方法合成了高质量ZSM-5分子筛膜并且利用合成的ZSM-5分子筛膜开创了去除中水资源中砷酸盐的一种新技术。首先利用二次生长法合成ZSM-5分子筛膜，然后利用该合成的分子筛膜对水中的砷酸盐进行筛分分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种合成在不锈钢金属网载体上的ZSM-5分子筛膜，并且利用合成的ZSM-5分子筛膜对水中砷酸盐进行分离。该合成方法得到的分子筛膜具有高连续性、高的机械强度、高的水通量以及高分离效果。

本专利所述的合成在金属网载体上的ZSM-5分子筛膜，其由如下步骤制备得到：

a)不锈钢金属网(150～400目)载体的处理：利用洗涤剂(市售洗涤剂，如白猫洗洁精，上海白猫有限公司)在超声(超声波功率为100～200W，温度为20～30℃)的条件下超声15～30分钟，然后用水冲洗；

b)ZSM-5分子筛晶种溶液的合成：将反应配比为0.05～0.5mol NaOH∶0.16～1.6mol TPAOH(四丙基氢氧化铵)∶0.02～0.2mol Al₂(SO₄)₃·18H₂O∶2～20mol正硅酸乙酯∶8～80mol H₂O的各原料混合搅拌至澄清，在140～170℃条件下晶化10～20小时，离心后将晶种固体配制浓度为15～30g/L的ZSM-5分子筛纳米晶的晶种溶液；

c)晶种涂膜：把晶种溶液滴在不锈钢金属网上，在500～700W的电炉上烘干，形成一层覆盖不锈钢网的薄膜；

d)分子筛膜母液的配制：将反应配比为0.01～0.1mol NaOH∶0.2～1.2molTPAOH(四丙基氢氧化铵)∶80～600mol H₂O∶0.05～0.2mol Al₂(SO₄)₃·18H₂O∶2～20mol正硅酸乙酯的各原料混合，搅拌至澄清；

e)将晶种涂膜的不锈钢金属网置于分子筛膜母液中，一同放在反应釜中于140～170℃晶化1～5天，然后洗涤烘干；

f)烘干后的不锈钢金属网在管式炉中于450～600℃烧样3～6个小时，则在不锈钢金属网表面得到厚度为10μm～30μm的高质量ZSM-5分子筛膜。