[发明专利]一种NaA分子筛膜、制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种在晶种悬浮液中添加石墨烯制备NaA分子筛膜的方法的制备方法。首先用Hummers法制备出氧化石墨，再用热膨胀法制备出石墨烯，再将此石墨烯用硼氢化钠进行二次还原，得到尺寸较小的石墨烯。配制晶种悬浮液，并添加所制备的石墨烯混合均匀后涂覆于多孔支撑体表面，通过水热合成法后在支撑体表面形成一层致密且连续的NaA型分子筛膜层。发明制备的NaA分子筛膜表面连续致密，分离性能优良且重复性好，适合NaA型分子筛膜的规模化制备及其工业有机溶剂脱水的应用。

技术领域

本发明涉及一种晶种悬浮液中添加石墨烯制备NaA分子筛膜的方法，属于分子筛膜制备技术领域，本发明同样适用于其他分子筛膜的制备。

背景技术

膜分离技术是以高性能膜材料为核心的高效分离技术。膜分离用于溶剂脱水， 利用溶解-扩散或分子筛分机理，在压力驱动下促进水分子在膜层中快速传递，实现有机溶剂与水的分离。由于分离过程不受体系汽液平衡的限制，因而可大幅降低分离能耗。 NaA 型分子筛膜具有强亲水性能和小孔径，是实现有机溶剂脱水的优良膜材料。将NaA 型分子筛膜用于有机溶剂脱水的研究始于上世纪九十年代，目前已实现规模化工业应用，在全球建成约500套工业脱水装置。然而，由于该类膜技术分离精度要求高，在规模化制备过程中存在批次膜性能不稳定等问题，分析其原因主要是因为存在两方面：（1）、晶种涂覆过程中均匀性不一致；（2）、水热合成初始时期制膜溶液中晶核位点少。

发明内容

本发明的目的是改进现有技术中晶种悬浮液在支撑体表面覆着不均匀从而影响NaA分子筛膜的分离性能而提供的一种制备NaA分子筛膜的方法。

本发明的第一个方面，提供了：

一种NaA分子筛膜，膜表面为NaA分子筛构成的分离膜层，在分离膜中分布有石墨烯。

本发明的第二个方面，提供了：

上述的NaA分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：

S1，制备石墨烯：通过Hummers法合成氧化石墨烯，再通过热膨胀法合成出石墨烯，再通过硼氢化钠进行二次还原，得到小尺寸的石墨烯；

S2，含石墨烯的晶种悬浮液的制备：将NaA分子筛晶种分散于去离子水中，并采用超声波处理，使其分散均匀，得到NaA分子筛晶种悬浮液；将石墨烯添加至分散均匀NaA分子筛晶种悬浮液中，强力搅拌后采用超声波处理，得到分散均匀的含石墨烯的晶种悬浮液；

S3，预涂晶种：将含石墨烯的晶种悬浮液施加于支撑体的表面，烘干后得到表面涂有晶种的支撑体；

S4，分子筛膜的水热合成：将表面涂有晶种的支撑体置于分子筛膜合成液中进行水热合成，再经过烘干后，得到分子筛膜。

在一个实施方式中，步骤S1中小尺寸的石墨烯片径为5～10μm。

在一个实施方式中，步骤S2中石墨烯添加含量为NaA分子筛晶种悬浮液质量的0.2～2 wt.%。

在一个实施方式中，步骤S2中NaA分子筛晶种的平均粒径为1～4 μm，NaA型分子筛在NaA分子筛晶种悬浮液的浓度为0.5～2g/L。

在一个实施方式中，步骤S2中支撑体的材质选自氧化铝、氧化锆、或者氧化钛或者莫来石，支撑体类型为片式、管式或者中空纤维中的一种。

在一个实施方式中， 步骤S3中施加晶种悬浮液的方法选自浸涂法、擦涂法、真空抽吸法或超声晶种涂覆方法。

在一个实施方式中，步骤S4中合成液中的组成配比是：SiO2: Al2O3: Na2O: H2O=1:（0.2-2）:（0.5-4）:（15-500）。