沸石化学

沸石分子筛膜的合成与应用

引言

近半个世纪以来，

随着人们节能意识和环保意识的日益增强，

世界

各国 尤其是经济技术发达且对进口能源需求量大的美国、

日本、

西欧

等国开始对传统的高能耗、

高污染工业进行大规模的技术改革。

膜分

离技术由于其与传统工业中的分离技术相比具有低能耗、不 产生污

染、易于实现连续分离、易于与其它分离过程藕合、可在温和条件下

实现分离、易于放大等优点，在化工、食品、医药、环保、冶金等工

业部门得 到越来越广泛的应用

[1]

。

沸石分子筛是指那些具有分子筛作用的天然及人工合成的晶态硅

铝酸盐

[2]

。沸石分子筛的化学组成为

M

φ

/n< /p>

[(AlO

2

)

p

(SiO

2

)

q

]

?

yH

2

O

其中，

M

代表阳离子、

n

表示其价态数、

y< /p>

表示水合数，

φ

、

p

和

q

是 整数，

分别代表铝氧四面体的个数和硅氧四面体的个数。

沸石分 子

筛的特征是具有均勾的孔道结构，

而孔道结构包括孔道及其窗 口的尺

寸大小、形状、维数、走向、孔壁的组成与性质等信息

[ 3]

。沸石分子

筛膜不仅具有一般无机膜材料的耐高温、

抗化学侵蚀与生物侵蚀、

机

械强度高、通量大 等优点，更为优异的是，其均一规则的、具有特定

的空间走向的结晶孔道结构以及可调变 的骨架

Si/Al

比等特性赋予沸

石分 子筛膜拥有筛分、

择形功能特性和可调变的膜的表面特性，

使其

成为实现分子水平上高效分离及膜催化反应一体化的优良多孔膜材

料，是最具潜力最有前途的膜材料之一

[4]

。沸石分子筛膜 是近年来膜

科学领域研究的热点，制备性能稳定、无缺陷、兼具有高通量和高选

择性的沸石分子筛膜已经成为化学工程和材料科学两大学科共同的

前沿研 究课题。

1

沸石分子筛膜的分类

沸石分子筛是一 种具有规整孔道结构的硅铝酸盐晶体材料

(

某些分

子

筛

如

Silicalit e-1

分

子

筛

晶

体

结

构

中< /p>

不

含

铝

)

，

其

孔

径

般

在

0.3-1.0n m

，

而且孔径分布单一。

沸石分子筛膜 一般分为填充沸石分子

筛膜和支撑沸石分子筛膜。

填充沸石分子 筛膜是将已制备好的沸石分

子筛晶体嵌人到非渗透性基质

(

如有机聚合物、金属箔、二氧化硅等

)

中。

现在广为研究的是支撑沸石分子筛膜，

它是让沸石分子筛在具有

一定强度的多孔载体

(

如多孔陶瓷、多 孔金属和多孔玻璃等

)

表面上生

长，形 成一层致密、连续的膜层，利用这一膜层进行物质的分离

[1]

。

另外，还有一种自支撑沸石分子筛膜，即没有支撑体，而是由沸石分

< br>子筛晶体本身构成的膜片。

目前制备和研究的沸石分子 筛膜主要有

LTA

型

(NaA)

[5]

、

FAU

型< /p>

(Nax

，

NaY)

、

T

型、

MFI

< br>型、

MOR

型

(Mordeni te)

等。

根据优先吸附性的不同，

一 般将分子筛膜分为亲水性和疏水性两种。

亲水性分子筛膜对于极性

强的分子，

如对水分子具有强烈的吸附性；

疏水性分子筛膜优 先吸附

极性弱的分子如有机物。

由于亲水性分子筛膜的孔径大小 、

结构等的

不同，又将其分为

NaA< /p>

型、

FAU

型

( X

、

Y)

以及

MOR

型膜等。

[6]

NaA

型分子筛的有效孔径为

0.4nm