一種合成分子篩膜多孔陶瓷載體的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種陶瓷載體的有效前處理方法，特別是涉及一種合成分子篩膜多孔陶瓷載體的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源消耗的日益增加，傳統(tǒng)的化石能源，如石油、煤和天然氣等資源將日趨枯竭，這促使人類(lèi)應(yīng)該采取切實(shí)可行的措施來(lái)進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用可再生的能源，如利用生物質(zhì)發(fā)酵來(lái)制備燃料乙醇。據(jù)估計(jì)，到2020年，利用纖維素首先水解制糖，然后再利用發(fā)酵法制備乙醇的生產(chǎn)成本將降低到乙醇銷(xiāo)售價(jià)格的1/3到1/4，同時(shí)發(fā)酵液中產(chǎn)物乙醇的濃度將有較大的提高。在當(dāng)前的乙醇發(fā)酵液中，產(chǎn)物乙醇的含量一般在5 %左右，較高濃度的乙醇能夠抑制酵母細(xì)胞的進(jìn)一步發(fā)酵，甚至?xí)茐陌l(fā)酵體系的繼續(xù)進(jìn)行。因此，采取有效措施不斷回收發(fā)酵過(guò)程中生成的產(chǎn)物乙醇，促使乙醇發(fā)酵連續(xù)進(jìn)行，不但可以提高乙醇發(fā)酵的單位產(chǎn)率，還可以減少設(shè)備投資。為了實(shí)現(xiàn)乙醇的連續(xù)回收，采取了如下方法:如真空蒸餾、溶解萃取、CO2氣體夾帶及膜滲透汽化等。在上述眾多方法之中，以膜為基礎(chǔ)的滲透汽化技術(shù)具有更大的應(yīng)用潛力，原因在于:膜的處理過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)發(fā)酵液中的微生物無(wú)毒性，同時(shí)回收的高濃度乙醇有利于降低后處理過(guò)程的能耗。
[0003]為了制備高性能的分子篩膜，兩種影響因素必須加以考慮:一是載體自身的影響，不同的載體影響膜的合成及其分離性能;二是合成液對(duì)多孔載體的浸入影響，由此導(dǎo)致膜的厚度和滲透阻力的增加，最終降低膜的分離性能。為了減少合成液對(duì)陶瓷管的滲入，Exter用氟聚合物薄片附著在陶瓷片的一側(cè)，以避免合成液從陶瓷片這一側(cè)的滲入。Yan等人把氧化鋁陶瓷片浸入到糠醇和TEOS混合物中來(lái)對(duì)陶瓷片進(jìn)行前處理，并利用電子探針顯微分析儀(EPMA)對(duì)膜側(cè)面的S1、Al元素進(jìn)行了痕量分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖顯示，在最初的1um內(nèi)，娃的含量約為46%，近似為Si02中Si的含量;超過(guò)1um，Si的含量急劇下降，而Al的含量上升，說(shuō)明膜的厚度僅為10 um，Al的增加來(lái)自于載體中的A1203。他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果還顯示，對(duì)載體進(jìn)行填充后，合成液對(duì)載體的滲入僅為55 um，對(duì)于沒(méi)有進(jìn)行填充的載體，合成液對(duì)載體的滲入達(dá)到了80 um。這說(shuō)明，對(duì)多孔載體進(jìn)行填充后，可以有效減少合成液對(duì)載體的滲入，從而降低滲透阻力。
[0004]在2002年和2003年，Hedlund等人先后報(bào)導(dǎo)了高透量MFI型分子篩膜的制備。如文獻(xiàn)所述，通過(guò)采用高熔點(diǎn)的聚乙烯石蠟填充多孔陶瓷片以達(dá)到減少合成液滲入的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用該方法合成分子篩膜的透量要比以前文獻(xiàn)報(bào)道的結(jié)果高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。雖然上述載體的前處理方法能夠有效提高膜的透量，但所使用的載體都是陶瓷片，且載體的前處理過(guò)程過(guò)于復(fù)雜，操作起來(lái)不容易進(jìn)行，同時(shí)，上述處理方法并不一定適合處理管狀載體。因此，尋找合適的多孔陶瓷載體的前處理方法，對(duì)于減少合成液浸入多孔陶瓷載體內(nèi)部，進(jìn)而提高所合成分子篩膜的分離性能，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種合成分子篩膜多孔陶瓷載體的方法，本發(fā)明的目的是提供一種多孔陶瓷載體的有效前處理方法，該前處理方法可以對(duì)多孔陶瓷載體內(nèi)部的微小空隙進(jìn)行有效填充，有效減少合成液對(duì)多孔陶瓷載體的浸入，可以有效提高所合成分子篩膜的分離性能，同時(shí)該前處理方法簡(jiǎn)單，既可以用于片狀載體，也可以用于管狀和多通道多孔陶瓷載體，便于規(guī)?；瘧?yīng)用推廣。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種合成分子篩膜多孔陶瓷載體的方法，所述方法包括以下過(guò)程:
1)首先量300ml的去離子水放入到燒杯中，在攪拌狀態(tài)下加入阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖和甘油制備成混合溶液，在室溫下攪拌3小時(shí)后備用，阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖和甘油各自的添加量為去離子水重量的0.1%?3% ；
2)將500°C高溫處理后的多孔陶瓷載體放入到上述混合溶液中進(jìn)行充分浸泡，待上述混合溶液充分浸入到多孔陶瓷載體內(nèi)部后將多孔陶瓷載體取出進(jìn)行干燥，本步驟可以重復(fù)多次了；
3)將上述干燥好的多孔陶瓷載體放入到管式爐中，在隔絕空氣的條件下于400°C?500°C條件下進(jìn)行高溫炭化，高溫炭化時(shí)間設(shè)定為1-2小時(shí)。
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是:
本發(fā)明能夠最大限度對(duì)多孔陶瓷載體進(jìn)行有效填充，有利于減少合成液對(duì)多孔陶瓷載體的浸入，最終有效提高所合成分子篩膜的分離性能。本發(fā)明在制備分子篩膜時(shí)，水熱合成期間合成液浸入多孔陶瓷載體是不可避免的，由此造成膜有效厚度的增加，進(jìn)而增加膜的滲透阻力，最終降低膜的分離性能。通過(guò)利用幾種分子大小不同的有機(jī)物對(duì)多孔陶瓷載體進(jìn)行高溫炭化填充，不同大小的有機(jī)物分子可以有選擇性的進(jìn)入不同大小的載體孔隙，高溫炭化后可確保這些有機(jī)物停留在載體孔隙中，不會(huì)出現(xiàn)填充物流失或永久堵塞載體孔隙的現(xiàn)象，而這些填充的物質(zhì)可以在后續(xù)的高溫活化過(guò)程中得到完全去除，這樣就確保載體空隙填充的有效性和臨時(shí)性。多孔陶瓷載體進(jìn)行有效填充后，合成液對(duì)載體的浸入將得到有效降低，最終可以大幅度提高所制備分子篩膜的分離性能。該前處理方法簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)，更適合大面積管狀載體的規(guī)?；幚?。
【具體實(shí)施方式】
[0008]
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]實(shí)施例:1
I)首先量取300 ml的去離子水放入到燒杯中，然后加入阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖、甘油，幾種物質(zhì)的添加量分別為0.2%、0.3%、2%、1%、2%、1%，制備成混合溶液，待室溫?cái)嚢?小時(shí)后備用。
[0010]2)將500°C高溫處理后的8根9 cm管狀多孔二氧化硅陶瓷載體放入到上述溶液中，待浸泡20分鐘后取出烘干，如此反復(fù)5次。
[0011]3)將上述處理后的管狀多孔二氧化硅陶瓷載體放入到管式爐中于400°C高溫炭化，高溫炭化時(shí)間為2小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以看出，管狀多孔二氧化硅陶瓷載體由白色變成了黑色，載體的孔徑和空隙率明顯變小，前處理達(dá)到了預(yù)期效果。
[0012]實(shí)施例:2
I)首先量取300 ml的去離子水放入到燒杯中，然后加入阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖、甘油，幾種物質(zhì)的添加量分別為0.2%、0.3%、2%、1%、2%、1%，制備成混合溶液，待室溫?cái)嚢?小時(shí)后備用。
[0013]2)將500°C高溫處理后的8根9 cm管狀多孔氧化鋁陶瓷載體放入到上述溶液中，待浸泡20分鐘后取出烘干，如此反復(fù)5次。
[0014]3)將上述處理后的管狀氧化鋁陶瓷載體放入到管式爐中于400°C高溫炭化，高溫炭化時(shí)間為2小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以看出，管狀氧化鋁陶瓷載體由白色變成了黑色，載體的孔徑和空隙率明顯變小，前處理達(dá)到了預(yù)期效果。
[0015]實(shí)施例:3
I)首先量取300 ml的去離子水放入到燒杯中，然后加入阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖、甘油，幾種物質(zhì)的添加量分別為0.2%、0.3%、2%、1%、2%、1%，制備成混合溶液，待室溫?cái)嚢?小時(shí)后備用。
[0016]2)將500°C高溫處理后的20個(gè)直徑2 cm片狀或者2根9 cm管狀多通道多孔陶瓷載體放入到上述溶液中，待浸泡20分鐘后取出烘干，如此反復(fù)5次。
[0017]將上述處理后的多孔陶瓷載體放入到管式爐中于400°C高溫炭化，高溫炭化時(shí)間為2小時(shí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后可以看出，上述兩種多孔陶瓷載體由白色變成了黑色，載體的孔徑和空隙率明顯變小，前處理達(dá)到了預(yù)期效果。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種合成分子篩膜多孔陶瓷載體的方法，其特征在于，所述方法包括以下過(guò)程: .1)首先量300ml的去離子水放入到燒杯中，在攪拌狀態(tài)下加入阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖和甘油制備成混合溶液，在室溫下攪拌3小時(shí)后備用，阿拉伯樹(shù)膠、羧甲基纖維素、單寧酸、可溶性淀粉、蔗糖和甘油各自的添加量為去離子水重量的.0.1%?3% ； .2)將500°C高溫處理后的多孔陶瓷載體放入到上述混合溶液中進(jìn)行充分浸泡，待上述混合溶液充分浸入到多孔陶瓷載體內(nèi)部后將多孔陶瓷載體取出進(jìn)行干燥，本步驟可以重復(fù)多次； .3)將上述干燥好的多孔陶瓷載體放入到管式爐中，在隔絕空氣的條件下于400°C?.500°C條件下進(jìn)行高溫炭化，高溫炭化時(shí)間設(shè)定為1-2小時(shí)。
【專利摘要】一種合成分子篩膜多孔陶瓷載體的方法，涉及一種多孔陶瓷載體的方法，該方法首先量300？ml的去離子水放入到燒杯中，將500℃高溫處理后的多孔陶瓷載體放入到上述混合溶液中進(jìn)行充分浸泡，待上述混合溶液充分浸入到多孔陶瓷載體內(nèi)部后將多孔陶瓷載體取出進(jìn)行干燥，將上述干燥好的多孔陶瓷載體放入到管式爐中，在隔絕空氣的條件下于400℃～500℃條件下進(jìn)行高溫炭化，高溫炭化時(shí)間設(shè)定為1-2小時(shí)。本發(fā)明有效提高所合成分子篩膜的分離性能，同時(shí)該前處理方法簡(jiǎn)單，既可以用于片狀載體，也可以用于管狀和多通道多孔陶瓷載體，便于規(guī)模化應(yīng)用推廣。
【IPC分類(lèi)】C01B39/00, C04B41/85, C01B37/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105439637
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510763823
【發(fā)明人】陳紅亮, 楊繼松, 侯永俠, 王洪, 王鑫, 李玉雙, 宋雪英
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日