CN115417424B - 一种溶胀型硅铝ecnu-28分子筛前驱体及其制备方法和应用 - Google Patents

一种溶胀型硅铝ecnu-28分子筛前驱体及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种溶胀型硅铝分子筛前驱体ECNU‑28及其制备方法和应用,其特点是该分子筛结构的骨架由硅、铝和氧以四面体形式相互连接,构成一种新型的二维溶胀型层状硅铝酸盐材料,其无机骨架化学组成为:Mm n+AlxSiOy;其由双头季铵盐表面活性剂作为有机模板剂,经水热合成获得。本发明与现有技术相比具有较大的层间距,能够在温和条件下通过剥离制备超薄纳米片,通过真空过滤的方法制备二维分子筛膜,拥有良好的气体选择性分离性能,有望应用于氢气纯化和温室气体(CO2和CH4)的捕集,方法简便,效率高,具有十分重要的应用价值和良好的应用前景。

Description

一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及分子筛技术领域,具体的说是一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体及其制备方法和该材料在气体分离中的应用。
背景技术
蒸汽甲烷重整和水煤气变换反应是生产氢气的主要方法,两种方法都不可避免地引入二氧化碳和甲烷。具有高比热、无污染特性的氢气被公认为能源市场最有颠覆性的清洁能源,为了获得纯净的氢气,二氧化碳和甲烷的分离变得尤为重要。该方法与一般的高能耗分离技术(例如变压吸附或低温分离)相比,多孔膜分离是一种低能耗的绿色工艺。由于具有良好的热稳定性和均一的孔道结构,分子筛材料被广泛应用于制备分离膜。气体的分离主要依赖于被分离分子之间的动力学直径差异,以及气体与膜材料之间的相互作用的差异。分子筛材料拥有多样化的孔结构,这使得我们可以根据分离需求选择合适的分子筛拓扑结构,进而合成高性能的分子筛膜用于气体分离。
然而,传统的分子筛膜的厚度大多在微米级,这不可避免的降低了气体通量。为了在保证选择性的同时,还能够拥有较大的气体通量,研究者们将目光转向二维分子筛膜材料。构建二维分子筛膜材料需要高纵横比的纳米片作为构筑单元,这通常是对层状前驱体进行剥离获得的。但是常规的剥离方法,会腐蚀层板结构,影响分离性能。因此,设计合成溶胀型的层状前驱体,利用温和的剥离方法获得纳米片显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体及其制备方法和应用,采用硅、铝和氧为无机骨架以四面体为形式相互连接构成二维溶胀型层状硅铝酸盐材料,该无机骨架化学组成为:Mm n+AlxSiOy,且以双头季铵盐表面活性剂作为有机模板剂,经水热合成获得一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体,该材料具有较大的层间距,能够在温和条件下通过剥离制备超薄纳米片,利用真空过滤的方法制备二维分子筛膜,拥有良好的气体选择性分离性能,有望应用于氢气纯化和温室气体(CO2和CH4)的捕集,方法简便,效率高,具有十分重要的应用价值和良好的应用前景。
本发明的目的是这样实现的:一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体,其特点是无机骨架由硅、铝和氧以四面体形式相互连接,构成具有完整晶态结构的硅铝酸盐材料为ECNU-28分子筛前驱体,其化学组成为:Mm n+AlxSiOy;其中,M为钾离子、钠离子、氢离子中的一种或两种以上的混合;m为Mn+与Si的摩尔比,其取值范围为:1/50~1/3;n为M的化合价;x为Al与Si的摩尔比,其取值范围为:1/100~1/5;y为O与Si的摩尔比,且y=(m×n+3×x+4)/2。
所述ECNU-28分子筛前驱体具有下述表1所示衍射峰的X-射线衍射结构数据(Cu-Kα,):
表1:ECNU-28分子筛前驱体的X-射线衍射结构数据表
表中:(a)为粉末X射线衍射谱图中衍射峰的相对强度等级,W为弱级衍射峰;M为中等级衍射峰;S为强级衍射峰;VS为最强级衍射峰。衍射峰强度的最大值为100,最强级衍射峰值为70~100,强级衍射峰值为50~70,中等级衍射峰值为30~50,弱级衍射峰值小于30。
本发明的目的之一是提供一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的制备方法,其特点是以双头季铵盐型表面活性剂作为有机模板剂,通过水热合成直接获得,具体制备包括下述步骤:
步骤一:将以Al2O3计的铝源、以Mm n+O计的碱源、有机模板剂和水按照1:0.1~20:0.1~10:200~2000摩尔比混合,常温下搅拌0.5~24小时后作为混合溶液待用,所述铝源选自氢氧化铝、硫酸铝、硝酸铝、碳酸铝、磷酸铝、氯化铝、明矾、异丙醇铝、乙醇铝、丁醇铝、高岭土与蒙脱土中的某一种或多种的混合;所述碱源为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠中的某一种或多种的混合;所述有机模板剂为双头季铵盐型表面活性剂,其结构如下述(a)式:
其中:n为烷基链中碳原子的个数,其取值范围为:6~16;Z为为F-、Cl-、Br-、I-或OH-有机结构导向剂的抗衡阴离子。
步骤二:将以SiO2计的硅源加入步骤一所制得的混合溶液中,在25~80℃温度下搅拌反应0.5~24小时,制得以Al2O3计的铝源、以Mm n+O计的碱源、有机模板剂、以SiO2计的硅源和水的摩尔比为1:0.1~20:0.1~10:10~100:200~2000的混合凝胶,所述硅源为硅溶胶、硅酸、发烟硅胶、白炭黑、正硅酸四乙酯中的一种或两种以上的混合。
步骤三:将上述步骤二中制得的混合凝胶转移至高压釜中,在120~200℃温度下水热晶化反应5~20天,其反应液经过滤、洗涤和干燥,获得产物为溶胀型硅铝体ECNU-28分子筛前驱体。
所述步骤一中的混合溶液以Al2O3计的铝源、以Mm n+O计的碱源、有机模板剂和水的优选摩尔比为1:3~15:3~7:800~1500,所述混合溶液优选常温下搅拌4~6小时;所述有机结构导向剂碳链的数目n优选为8~12。
所述步骤二中混合凝胶的Al2O3:Mm n+O:有机模板剂:SiO2:H2O的优选摩尔比为1:3~15:3~7:30~60:800~1500,所述混合凝胶的反应温度优选为60~80℃,其搅拌的时间优选为10~15小时。
所述步骤三中晶化反应的温度优选为160~180℃。
本发明的目的之二是提供上述制备的溶胀型硅铝体ECNU-28分子筛前驱体制备用于氢气提纯的分子筛膜,具体操作包括下述步骤:
步骤一:将溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体分散在1~3M的盐酸乙醇溶液中,在室温条件下搅拌1~5小时,实现良好分散后将所得的混合溶液转移至高压反应釜中于150~200℃加热24~72小时。
步骤二:将步骤一中酸处理的分子筛前驱体进行过滤,烘干,溶解于大量N,N-二甲基甲酰胺中,其固液质量比为1:500~5000,然后对上述溶液超声2~24小时,获得纳米片悬浊液用于制备分子筛膜。
步骤三:氧化铝基底放置在过滤漏斗底部,过滤漏斗与真空泵相连接;然后,将一定量的纳米片悬浊液倒入漏斗,在0.05~0.1MPa的压力下过滤4~10小时;将过滤完成的分子筛膜连同氧化铝基底从漏斗底部移出,于50~80℃温度下烘干。然后,于500~600℃温度下焙烧5~6小时去除有机溶剂,制得用于氢气分离、提纯的ECNU-28分子筛膜。
将上述制备的ECNU-28分子筛膜通过测试单组分气体H2、CO2和CH4的渗透性能和等摩尔比的双组份H2/CO2、H2/CH4混合气体的分离性能对ECNU-28分子筛膜进行表征评价。
在测试过程中,用“O”型硅胶圈将ECNU-28分子筛膜固定在渗透模具中,以50mL/min的速度将进料气送入膜的上侧,吹扫气N2以同样的速度在渗透侧进料。单组份气体与混合气体的测试中,原料气和吹扫气的流量均通过质量流量计来检测,气体的浓度通过校正好的色谱进行测量。
所述步骤一中的盐酸乙醇溶液的浓度优选为1.5~2.5M,搅拌时间优选为2~3小时,加热温度优选为160~180℃,加热时间优选为36~48小时。
所述步骤二所述固液质量比优选为1:3000~4000,超声时间优选为5~10小时。
步骤三所述过滤压力优选0.06~0.1MPa。
本发明与现有技术相比具有良好的气体选择性分离性能,方法简便,效率高,对于制备高纯氢气以及温室气体(CO2和CH4)的捕集具有十分重要的应用价值和良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的ECNU-28的X射线衍射谱图;
图2为实施例1制备的ECNU-28的扫描电镜图;
图3为实施例1制备的ECNU-28的透射电镜图。
具体实施方式
本发明提供的一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体,采用硅、铝和氧以四面体形式相互连接的无机骨架,构成具有完整晶态结构的硅铝酸盐材料,其化学组成为:Mm n+AlxSiOy;其中,M为钾离子、钠离子、氢离子中的一种或两种以上的混合;m为Mn+与Si的摩尔比,其变化范围在1/50~1/3之间;n为M的化合价;x为Al与Si的摩尔比,其变化范围在1/100~1/5之间;y为O与Si的摩尔比,且y=(m×n+3×x+4)/2。
以下通过具体实施例对本发明的制备作进一步的阐述:
实施例1
步骤一:将偏铝酸钠(以Al2O3计)、氢氧化钠(以Na2O计)、有机模板剂(n选取10)和水以1:8:4:1000的摩尔比混合,室温下搅拌5小时,直至得到澄清透明的混合溶液。
步骤二:将硅溶胶(以SiO2计)加入到步骤一的混合液中,适当调节水量后在70℃温度下搅拌10小时;所得混合凝胶组成的Al2O3:Na2O:有机模板剂:SiO2:H2O的摩尔比为1:8:4:40:1000。
步骤三:将步骤二所得混合凝胶在170℃温度下进行12天水热晶化反应,晶化后的反应液经过滤、洗涤、干燥,得到溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体。
参阅图1,实施例1制备的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体经X射线衍射谱图(XRD,Cu-Kα,)表征,结晶度良好,具有如下表1所示的X射线衍射的结构数据:
表1溶胀型硅铝分子筛前驱体ECNU-28
表中:(a)为粉末X射线衍射谱图中衍射峰的相对强度等级,W为弱级衍射峰;M为中等级衍射峰;S为强级衍射峰;VS为最强级衍射峰。衍射峰强度的最大值为100,最强级衍射峰值为70~100,强级衍射峰值为50~70,中等级衍射峰值为30~50,弱级衍射峰值小于30。
参阅图2,实施例1制备的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体经扫描电镜显示为纳米片结构形貌。
参阅图3,实施例1制备的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体经透射电镜显示为堆叠的二维片层结构。
实施例2
步骤一:将异丙醇铝(以Al2O3计)、氢氧化钠(以Na2O计)、有机模板剂(n选取8)和水以1:10:5:1200的摩尔比混合,室温下搅拌4小时,直至得到澄清透明的混合溶液。
步骤二:将正硅酸四乙酯(以SiO2计)加入到步骤一的混合液中,适当调节水量后在60℃温度下搅拌13小时;所得混合凝胶组成的Al2O3:Na2O:有机模板剂:SiO2:H2O的摩尔比为1:10:5:50:1200。
步骤三:将步骤二所得混合凝胶在165℃温度下进行13天水热晶化反应,晶化后的反应液经过滤、洗涤、干燥,制得溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体。
实施例3
步骤一:将氢氧化铝(以Al2O3计)、氢氧化钾(以K2O计)、有机模板剂(n选取12)和水以1:12:6:1400的摩尔比混合,室温下搅拌6小时,直至得到澄清透明的混合溶液。
步骤二:将硅酸(以SiO2计)加入到步骤一的混合液中,适当调节水量后在80℃温度下搅拌14小时;所得混合凝胶组成的Al2O3:K2O:有机模板剂:SiO2:H2O的摩尔比为1:12:6:55:1400。
步骤三:将步骤二所得混合凝胶在175℃温度下进行11天水热晶化反应,晶化后的反应液经过滤、洗涤、干燥,制得溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体。
实施例4
步骤一:以氯化铝(以Al2O3计)、氢氧化钠(以Na2O计)、有机模板剂(n选取10)和水以1:12:6:1350的摩尔比混合,室温下搅拌4小时,直至得到澄清透明的混合溶液。
步骤二:将白炭黑(以SiO2计)加入到步骤一的混合液中,适当调节水量后在65℃温度下搅拌14小时;所得混合凝胶组成的Al2O3:Na2O:有机模板剂:SiO2:H2O的摩尔比为1:12:6:55:1350。
步骤三:将步骤二所得混合凝胶在180℃温度下进行10天水热晶化反应,晶化后的反应液经过滤、洗涤、干燥,制得溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体。
实施例5
步骤一:以硫酸铝(以Al2O3计)、碳酸氢钠(以Na2O计)、有机模板剂(n选取8)和水以1:12:7:1400的摩尔比混合,室温下搅拌4.5小时,直至得到澄清透明的混合溶液。
步骤二:将发烟硅胶(以SiO2计)加入到步骤一的混合液中,适当调节水量后在75℃温度下搅拌15小时;所得混合凝胶组成的Al2O3:Na2O:有机模板剂:SiO2:H2O的摩尔比为1:12:7:50:1400。
步骤三:将步骤二所得混合凝胶在170℃温度下进行11天水热晶化反应,晶化后的反应液经过滤、洗涤、干燥,制得溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体。
以下将实施例1制备的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体用于氢气分离,对本发明的应用作进一步的阐述:
实施例6
步骤一:将溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体分散在1.5M的盐酸乙醇溶液中,在室温条件下搅拌2小时,实现良好分散后将所得的混合溶液转移至高压反应釜中于160℃加热36小时。
步骤二:将步骤一中酸处理的分子筛前驱体进行过滤、烘干,溶解于大量N,N-二甲基甲酰胺中(固液质量比1:3000)。然后对上述溶液超声5小时,获得纳米片悬浊液用于制备分子筛膜。
步骤三:将清洗过的氧化铝基底放置在过滤漏斗底部,过滤漏斗与真空泵相连接。然后,将一定量的纳米片悬浊液倒入漏斗,在0.06MPa的压力下过滤5小时。将过滤完成的分子筛膜连同氧化铝基底从漏斗底部移出,于80℃烘干。然后,于500℃焙烧5小时去除有机溶剂,制得ECNU-28分子筛膜。
步骤四:ECNU-28分子筛膜的气体分离性能通过测试单组分气体H2、CO2和CH4的渗透性能和等摩尔比的双组份H2/CO2、H2/CH4混合气体的分离性能来表征评价。在测试过程中,用“O”型硅胶圈将ECNU-28分子筛膜固定在渗透模具中,以50mL/min的速度将进料气送入膜的上侧,吹扫气N2以同样的速度在渗透侧进料。单组份气体与混合气体的测试中,原料气和吹扫气的流量均通过质量流量计来检测,气体的浓度通过校正好的色谱进行测量。
ECNU-28分子筛膜的分离性能见下表2:
表2ECNU-28分子筛膜的分离性能
上述ECNU-28分子筛膜对于不同体系的混合气体的分离性能均达到60以上,对于制备高纯氢气以及温室气体(CO2和CH4)的捕集有十分重要的应用价值。
实施例7
步骤一:将溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体分散在2M的盐酸乙醇溶液中,在室温条件下搅拌2.5小时,实现良好分散后将所得的混合溶液转移至高压反应釜中于170℃加热40小时。
步骤二:将步骤一中酸处理的分子筛前驱体进行过滤,烘干,溶解于大量N,N-二甲基甲酰胺中(固液质量比1:3500),然后对上述溶液超声6小时,获得纳米片悬浊液用于制备分子筛膜。
步骤三:将清洗过的氧化铝基底放置在过滤漏斗底部,过滤漏斗与真空泵相连接。然后,将一定量的纳米片悬浊液倒入漏斗,在0.08MPa的压力下过滤6小时。将过滤完成的分子筛膜连同氧化铝基底从漏斗底部移出,于75℃烘干。然后,于550℃温度下6小时焙烧去除有机溶剂,制得ECNU-28分子筛膜。
步骤四:ECNU-28分子筛膜的气体分离性能通过测试单组分气体H2、CO2和CH4的渗透性能和等摩尔比的双组份H2/CO2、H2/CH4混合气体的分离性能来表征评价。在测试过程中,用“O”型硅胶圈将ECNU-28分子筛膜固定在渗透模具中,以50mL/min的速度将进料气送入膜的上侧,吹扫气N2以同样的速度在渗透侧进料。单组份气体与混合气体的测试中,原料气和吹扫气的流量均通过质量流量计来检测,气体的浓度通过校正好的色谱进行测量。
ECNU-28分子筛膜的分离性能见下表3:
表3ECNU-28分子筛膜的分离性能
上述ECNU-28分子筛膜对于不同体系的混合气体的分离性能均达到40以上,对于制备高纯氢气以及温室气体(CO2和CH4)的捕集有十分重要的应用价值。
实施例8
步骤一:将溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体分散在2.5M的盐酸乙醇溶液中,在室温条件下搅拌3小时,实现良好分散后将所得的混合溶液转移至高压反应釜中于180℃加热46小时。
步骤二:将步骤一中酸处理的分子筛进行过滤、烘干,溶解于大量N,N-二甲基甲酰胺中(固液质量比1:4000)。然后对上述溶液超声8小时,获得纳米片悬浊液用于制备分子筛膜。
步骤三:将清洗过的氧化铝基底放置在过滤漏斗底部,过滤漏斗与真空泵相连接。然后,将一定量的纳米片悬浊液倒入漏斗,在0.1MPa的压力下过滤7小时。将过滤完成的分子筛膜连同氧化铝基底从漏斗底部移出,于75℃烘干。然后,于600℃焙烧5小时去除有机溶剂,制得ECNU-28分子筛膜。
步骤四:ECNU-28分子筛膜的气体分离性能通过测试单组分气体H2、CO2和CH4的渗透性能和等摩尔比的双组份H2/CO2、H2/CH4混合气体的分离性能来表征评价。在测试过程中,用“O”型硅胶圈将ECNU-28膜固定在渗透模具中,以50mL/min的速度将进料气送入膜的上侧,吹扫气N2以同样的速度在渗透侧进料。单组份气体与混合气体的测试中,原料气和吹扫气的流量均通过质量流量计来检测,气体的浓度通过校正好的色谱进行测量。ECNU-28分子筛膜的分离性能见下表4:
表4ECNU-28分子筛膜的分离性能
上述ECNU-28分子筛膜对于不同体系的混合气体的分离性能均达到60以上,对于制备高纯氢气以及温室气体(CO2和CH4)的捕集有十分重要的应用价值。并且结合上述表2和表3的分离性能来看,ECNU-28膜的分离性能具有较好的重复性。
本发明的保护内容不局限于以上实施例,在不背离发明构思的精神和范围下,本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中,并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (9)

1.一种溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体,其特征在于采用硅、铝和氧以四面体形式相互连接的无机骨架,构成具有完整晶态结构的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体,所述ECNU-28分子筛前驱体的化学组成为:Mm n+AlxSiOy,其中M为钾离子、钠离子、氢离子中的一种或两种以上的混合;m为Mn+与Si的摩尔比,且m的取值范围为:1/50~1/3;n为M的化合价;x为Al与Si的摩尔比,且x的取值范围为:1/100~1/5;y为O与Si的摩尔比,且y=(m×n+3×x+4)/2;所述ECNU-28分子筛前驱体具有下述表1所示衍射峰的X-射线衍射结构数据,Cu-Kα,
表1:ECNU-28分子筛前驱体的X-射线衍射结构数据表
表中:(a)为粉末X射线衍射谱图中衍射峰的相对强度等级,W为弱级衍射峰,其衍射峰值小于30;M为中等级衍射峰,其衍射峰值为30~50;S为强级衍射峰,衍射峰值为50~70;VS为最强级衍射峰,其衍射峰值为70~100。
2.一种权利要求1所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的制备方法,其特征在于以双头季铵盐型表面活性剂作为有机模板剂,经水热合成获得,具体制备包括下述步骤:
步骤一:将以Al2O3计的铝源、以Mm n+O计的碱源、有机模板剂和水按1:0.1~20:0.1~10:200~2000摩尔比混合,室温下搅拌0.5~24小时,为混合溶液待用,所述铝源为氢氧化铝、硫酸铝、硝酸铝、碳酸铝、磷酸铝、氯化铝、明矾、异丙醇铝、乙醇铝、丁醇铝、高岭土、蒙脱土中的一种或两种以上的混合;所述碱源为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钠中的一种或两种以上的混合;所述有机模板剂为双头季铵盐型表面活性剂,其结构如下述(a)式:
其中:n为烷基链中碳原子的个数,其取值范围为6~16;Z为F-、Cl-、Br-、I-或OH有机结构导向剂的抗衡阴离子;
步骤二:将以SiO2计的硅源加入步骤一所制得的混合溶液中,在25~80℃温度下搅拌反应0.5~24小时,制得以Al2O3计的铝源、以Mm n+O计的碱源、有机模板剂、以SiO2计的硅源和水的摩尔比为1:0.1~20:0.1~10:10~100:200~2000的混合凝胶,所述硅源为硅溶胶、硅酸、发烟硅胶、白炭黑、正硅酸四乙酯中的一种或两种以上的混合;
步骤三:将上述步骤二中制得的混合凝胶在120~200℃温度下水热晶化反应5~20天,其反应液经过滤、洗涤和干燥,得产物为溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体。
3.根据权利要求2所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的制备方法,其特征在于所述有机结构导向剂碳链的数目n为8~12。
4.根据权利要求2所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的制备方法,其特征在所述步骤一中的混合溶液以Al2O3计的铝源、以Mm n+O计的碱源、有机模板剂和水的摩尔比为1:3~15:3~7:800~1500,所述混合溶液室温下搅拌4~6小时。
5.根据权利要求2所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的制备方法,其特征在于所述步骤二中混合凝胶的Al2O3:Mm n+O:有机模板剂:SiO2:H2O的摩尔比为1:3~15:3~7:30~60:800~1500,所述混合凝胶的反应温度为60~80℃,其搅拌的时间为10~15小时。
6.根据权利要求2所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的制备方法,其特征在所述步骤三中晶化的温度为160~180℃。
7.一种权利要求1所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的应用,其特征在于将溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体剥离后获得的超薄纳米片,通过过滤的方式制备用于氢气提纯的分子筛膜,具体制备包括下述步骤:
步骤一:将溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体分散在1~3M的盐酸乙醇溶液中,室温下搅拌1~5小时,分散均匀后将其在150~200℃温度下酸处理24~72小时;
步骤二:将上述酸处理的分子筛前驱体经过滤、烘干后溶解于N,N-二甲基甲酰胺中,超声剥离2~24小时,获得用于制备分子筛膜的纳米片悬浊液,所述分子筛前驱体溶解于N,N-二甲基甲酰胺的固液质量比为:1:500~5000;
步骤三:将上述制备的纳米片悬浊液采用与真空泵相连接,且底部放置氧化铝的过滤漏斗,在0.05~0.1MPa的压力下过滤4~10小时,将过滤完成的分子筛膜连同氧化铝基底从过滤漏斗底部移出,在50~80℃温度下烘干,然后将其在500~600℃下焙烧5~6小时,制得用于氢气提纯的ECNU-28分子筛膜。
8.根据权利要求7所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的应用,其特征在于所述步骤一的盐酸乙醇浓度为1.5~2.5M,搅拌时间为2~3小时,加热温度为160~180℃,加热时间为36~48小时。
9.根据权利要求7所述的溶胀型硅铝ECNU-28分子筛前驱体的应用,其特征在于所述分子筛前驱体溶解于N,N-二甲基甲酰胺的固液质量比为1:3000~4000,超声剥离的时间为5~10小时;所述过滤压力为0.06~0.1MPa。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017133301A1 (zh) * 2016-02-04 2017-08-10 中国科学院大连化学物理研究所 一类新型sapo分子筛及其合成方法
CN111924854A (zh) * 2020-08-21 2020-11-13 华东师范大学 一种ecnu-29钛铝硅酸盐纳米片及其制备方法和应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1112231C (zh) * 2000-02-24 2003-06-25 中国石油化工集团公司 制备x型分子筛膜的方法
US7560094B2 (en) * 2003-02-03 2009-07-14 Showa Denko K.K. Modified layered metallosilicate material and production process thereof
US20050230305A1 (en) * 2004-03-26 2005-10-20 Kulkarni Sudhir S Novel method for forming a mixed matrix composite membrane using washed molecular sieve particles
CN105983345B (zh) * 2015-02-03 2021-03-19 中国科学院上海高等研究院 干凝胶法制备的sapo-34分子筛膜渗透汽化与汽相渗透分离气液/液体混合物的方法
US9663377B1 (en) * 2015-12-09 2017-05-30 Chevron U.S.A. Inc. Synthesis of molecular sieve SSZ-105
CN111517337A (zh) * 2020-04-15 2020-08-11 华东师范大学 一种ecnu-24分子筛及其制备方法和应用
CN112279268A (zh) * 2020-08-06 2021-01-29 中国石油大学胜利学院 一种多级孔zsm-5纳米层片沸石的制备方法及应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017133301A1 (zh) * 2016-02-04 2017-08-10 中国科学院大连化学物理研究所 一类新型sapo分子筛及其合成方法
CN111924854A (zh) * 2020-08-21 2020-11-13 华东师范大学 一种ecnu-29钛铝硅酸盐纳米片及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
TS-1分子筛的无机法合成及其催化苯酚羟基化性能;张海娇等;催化学报;第28卷(第10期);第895-899页 *

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