[发明专利]一种L型分子筛膜及其制备方法与在脱盐中的应用

说明书

本发明涉及分子筛材料制备与应用技术领域，提供了一种快速、高效制备L型分子筛膜的制备方法，即在Na⁺/K⁺混合碱体系合成溶胶的情况下，在支撑体上通过蒸汽相转化法快速制备出连续且纯相L型分子筛膜层。此方法不仅大大减少了合成液的用量，避免了支撑体在高碱度的合成液中溶解，还大幅缩短了成膜时间。将此膜应用于氯化钠盐溶液的渗透汽化分离中，该膜表现出优异的分离性能。该方法工艺简单、成本低、重复性好且快速高效，适合应用到海水淡化或含盐废水处理等领域的工业生产中。

技术领域

本发明涉及分子筛材料制备与应用技术领域，尤其涉及一种L型分子筛膜及其制备方法与在脱盐中的应用。

背景技术

海水淡化和含盐废水脱盐是解决水资源短缺的有效途径之一。与反渗透和多级闪蒸相比，膜法渗透汽化技术具有低能耗、操作简单等优势，在海水淡化或含盐废水脱盐中表现出广阔的工业应用前景。而分子筛膜具有可调控的微孔道结构和合适的孔径，且兼具良好的热稳定性和化学稳定性，使其成为极具潜力的渗透汽化脱盐膜材料。

L型分子筛的骨架硅铝比约为3，是由有钙霞石笼(CAN笼)和双六元环(D6R)组成，CAN笼和D6R围绕c轴的六重轴方向交替链接旋转产生的十二元环的一维直孔道，有效孔径为0.71nm，介于水和有机溶剂分子、水合钠离子等盐类的动力学直径大小之间，可广泛应用于吸附、渗透汽化醇水、盐水分离领域中。现有相关文献和专利报道的研究大多集中于L型分子筛的研究，通常在仅含K⁺的合成体系中通过100～175℃晶化温度下需要1至10天进行的才能获得高度结晶的产物。那么，精细调控合成溶胶的组成是避免W型或T型分子筛共相副产物形成的先决条件。Yong等(Powder Technology145(2004)10-19和Korean等(J.Chem.Eng.,25(2008)1546-1552)提出在n(Na₂O)/n(Na₂O+K₂O)较高比值(0.4～0.7)范围内Na⁺/K⁺混合碱体系中可成功合成纯相L型分子筛，且发现n(Na₂O)/n(Na₂O+K₂O)＝0.5时结晶度最高，只是在高温175℃下合成时间都需要1d才能获得；当n(Na₂O)/n(Na₂O+K₂O)0.66时伴有W型分子筛共生相产生；而我们课题组(硅酸盐学报,2020,48,309–315)也在n(Na₂O)/n(Na₂O+K₂O)＝0.75富钠的溶胶体系合成出具有多级孔道的纳米L型分子筛。然而，对于L型分子筛膜研究并不多，合成体系基本为全钾的，为了得到质量较高的分子筛膜，对合成条件及合成方法的探索就显得尤为重要。Ghoroghchian等(Chem.Eng.Technol.2010,33,2066–2072)利用纳米晶种成功合成出2μm薄的L型分子筛平板膜，该膜对CO₂能有效分离，但分离性能不高，可能是由于膜层存在一定的缺陷。王政等(中国发明专利，CN201610178501.8)利用LB法获得取向的L型分子筛晶种层，再175℃水热合成24h后合成出高度c取向的平板膜层，而CO₂/H₂的选择性也仅有34。Dutta P K等(Micropor.Mesopor.Mater.,2008,115(3),389-398)在自制的α-Al₂O₃片上，通过调节浸途晶种溶液的浓度来控制晶种层的厚度，二次生长合成出不同厚度的微米及亚微米L型分子筛膜，合成时间长达60h。那么，如何解决成膜质量不高、原料利用不高和合成时间长等瓶颈问题成为该膜制备过程存在的主要难题。