基本信息
- 项目名称：
- 含氟T型分子筛膜
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品首次在溶胶中直接引入氟源，一步法合成。合成的膜性能稳定，耐酸性强，性能优异，达到国际领先水平。 在分离乙醇水和脱除天然气中二氧化碳方面其性能尤其显著。氟的加入，拓宽了T型分子筛膜的使用范围，可以在更广的酸性范围内使用，尤其适合二氧化碳含量高的低品位天然气和海洋天然气。
- 详细介绍：
- 项目背景及意义： 能源是我国可持续发展的关键。天然气、沼气等作为清洁能源具有很大的优越性。然而天然气提纯的突出问题是酸性气体（CO2）的分离。传统去除CO2的方法存在试剂消耗大、能耗高或装置复杂等缺点，膜分离技术由于具有高效、节能、环保和易于控制等特点，具有广泛的应用前景。国际学术界一致认为“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化工的未来”。 T型沸石分子筛得有效孔径为0.36nm，具有较强的亲水性和对CO2产生毛细冷凝现象。现有制备T型沸石分子筛膜的方法都是在不含氟体系中，导致T型沸石分子筛膜在分离性能、耐酸性和稳定性方面还有待改进。于是有研究者将制备好T型沸石分子筛膜后进行氟处理，改善其性能。但是在脱骨架铝的同时往往会不同程度的产生晶格缺陷和非骨架碎片，从而导致分子筛膜在结构和性能方面得不到改善。 本作品分四个部分：1.含氟T型分子筛的制备 2.含氟T型分子筛膜的制备3.物理表征和性能测试4.结论
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的： 脱除天然气中酸性气体CO2，替代传统的溶剂吸收法，节约能耗，操作简单，对环境友好。 基本思路： 一般T型分子筛膜，具有一定的耐酸性，分离性能一般，为进一步提高耐酸性和获得更优异的分离性能，在溶胶中加入氟源，以期分离性能得到更大改善。 创新点： 首次在合成溶胶中直接引入氟源，一步法合成 技术关键和主要技术指标： 加入硅源时要缓慢 测定温度为75℃条件下,水/乙醇（10H2O/90wt.%EtOH）体系，通量大于3.24kg·m-2·h-1，透过物水的浓度大于99.6%。 测定温度为100℃，CO2/CH4(50/50mol.%)体系，其通量大于10.09﹡10-8mol·m-2s-1Pa-1，透过侧CO2浓度大于99.9%。
科学性、先进性
- 首次在溶胶中直接引入氟离子，采用含氟T型分子筛晶种诱导，一步法合成含氟T型分子筛膜。将氟离子引入到分子筛膜层的孔道结构,使分子筛膜层具有更稳定的微观孔道结构和耐酸性,同时提高了膜的致密性。拓展了一般T型分子筛膜在酸性体系和膜反应器中的应用，尤其是低品位天然气，海底天然气和温室气体中CO2的脱除。 已有文献报道中都是将分子筛膜进行膜的后处理，但是处理过程中会不同程度的产生晶格缺陷和非骨架碎片。从而导致分子筛膜在结构和性能方面均得不到改善，并且氟离子未进入分子筛骨架。 该制备过程简单易重复，易放大，原材料价格低廉，采用二次生长法大大缩短了成膜时间，合成的膜连续且分布均匀，无针孔，裂缝等缺陷，性能优异，减少类似制备其他种类含氟分子筛膜的繁琐后处理过程。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，产品；模型；现场演示；图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点： 1.一步法水热合成。 2.在溶胶中直接加入氟离子,避免了繁杂的氟后处理过程。 作品优势： 1.膜层连续，薄，平均厚度只有5-10微米，在支撑体上分布均匀，无针孔裂缝，具有优良的分离性能。 2.在耐酸性、渗透汽化和气体分离性能测试中均表现出优异的分离性能 适用范围： 1.天然气中CO2的脱除,尤其适合于脱除低品位天然气和海底天然气。 2. 大型燃煤电厂、天然气工业、化工厂等温室气体CO2减排工程 3.用于分离提纯燃料乙醇。 4.尤其适合酸性体系分离。 市场分析及经济效益预测： 我们技术生产的膜组件总成本预算小于70,000元每平方米，纯利润大于30,000元每平方米。与传统方法相比，仅天然气一项分离市场，每年可节约12亿元。
同类课题研究水平概述
- 现有的制备T型分子筛膜的方法都是在不含氟体系中。Ying Cui等在溶胶配比为SiO2：Al2O3：Na2O：K2O：H2O =1：0.05：0.26：0.09：14，在130℃下水热合成30h，在管状支撑体表面合成了厚度约为20μm的T型分子筛薄层。在专利JP 2005305371中，公布了采用晶种法合成T型分子筛膜，在孔径为0.14μm的多孔支撑体上合成了T型分子筛膜。将配比为SiO2/Al2O3=50、OH-/SiO2=0.77、Na+/(Na+ + K+)=0.77、H2O/(Na++ K+)=20的溶胶室温老化48h，将涂有晶种的多孔支撑体置于溶胶中，在100℃和常压下反应72h，合成出毛沸石：菱钾沸石=7 : 3的T型分子筛膜。在不含氟体系中制备的T型分子筛膜同样遇到分离性能—使用寿命—应用范围三者之间难以兼容问题。 另外，有研究者将制备好的T型分子筛膜进行氟后处理，期望得到性能较好的分子筛膜。但是在脱骨架铝的同时往往会不同程度的产生晶格缺陷和非骨架碎片，从而导致分子筛在结构和性能方面得不到改善。 目前，文献报道的均是在非含氟体系中制备T型分子筛膜。在含氟体系中合成T型分子筛膜在国内外仍未见报道。本作品采用水热合成法一步制备出了含氟T型分子筛膜，首次提出实验室和工业规格含氟T型沸石分子筛膜的制备。作品制备的含氟T型分子筛膜在渗透汽化、气体分离和耐酸性方面性能均优于目前文献报道的T型沸石分子筛膜；达到同时提高分子筛膜分离性能、增加使用寿命和扩大应用范围的目地。
