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基本信息

項(xiàng)目名稱：
含氟T型分子篩膜
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
本作品首次在溶膠中直接引入氟源，一步法合成。合成的膜性能穩(wěn)定，耐酸性強(qiáng)，性能優(yōu)異，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 在分離乙醇水和脫除天然氣中二氧化碳方面其性能尤其顯著。氟的加入，拓寬了T型分子篩膜的使用范圍，可以在更廣的酸性范圍內(nèi)使用，尤其適合二氧化碳含量高的低品位天然氣和海洋天然氣。
詳細(xì)介紹：
項(xiàng)目背景及意義： 能源是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。天然氣、沼氣等作為清潔能源具有很大的優(yōu)越性。然而天然氣提純的突出問(wèn)題是酸性氣體（CO2）的分離。傳統(tǒng)去除CO2的方法存在試劑消耗大、能耗高或裝置復(fù)雜等缺點(diǎn)，膜分離技術(shù)由于具有高效、節(jié)能、環(huán)保和易于控制等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。國(guó)際學(xué)術(shù)界一致認(rèn)為“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化工的未來(lái)”。 T型沸石分子篩得有效孔徑為0.36nm，具有較強(qiáng)的親水性和對(duì)CO2產(chǎn)生毛細(xì)冷凝現(xiàn)象?，F(xiàn)有制備T型沸石分子篩膜的方法都是在不含氟體系中，導(dǎo)致T型沸石分子篩膜在分離性能、耐酸性和穩(wěn)定性方面還有待改進(jìn)。于是有研究者將制備好T型沸石分子篩膜后進(jìn)行氟處理，改善其性能。但是在脫骨架鋁的同時(shí)往往會(huì)不同程度的產(chǎn)生晶格缺陷和非骨架碎片，從而導(dǎo)致分子篩膜在結(jié)構(gòu)和性能方面得不到改善。 本作品分四個(gè)部分：1.含氟T型分子篩的制備 2.含氟T型分子篩膜的制備3.物理表征和性能測(cè)試4.結(jié)論

作品圖片

  • 含氟T型分子篩膜
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

發(fā)明目的： 脫除天然氣中酸性氣體CO2，替代傳統(tǒng)的溶劑吸收法，節(jié)約能耗，操作簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境友好。 基本思路： 一般T型分子篩膜，具有一定的耐酸性，分離性能一般，為進(jìn)一步提高耐酸性和獲得更優(yōu)異的分離性能，在溶膠中加入氟源，以期分離性能得到更大改善。 創(chuàng)新點(diǎn)： 首次在合成溶膠中直接引入氟源，一步法合成 技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)： 加入硅源時(shí)要緩慢 測(cè)定溫度為75℃條件下,水/乙醇（10H2O/90wt.%EtOH）體系，通量大于3.24kg·m-2·h-1，透過(guò)物水的濃度大于99.6%。 測(cè)定溫度為100℃，CO2/CH4(50/50mol.%)體系，其通量大于10.09﹡10-8mol·m-2s-1Pa-1，透過(guò)側(cè)CO2濃度大于99.9%。

科學(xué)性、先進(jìn)性

首次在溶膠中直接引入氟離子，采用含氟T型分子篩晶種誘導(dǎo)，一步法合成含氟T型分子篩膜。將氟離子引入到分子篩膜層的孔道結(jié)構(gòu),使分子篩膜層具有更穩(wěn)定的微觀孔道結(jié)構(gòu)和耐酸性,同時(shí)提高了膜的致密性。拓展了一般T型分子篩膜在酸性體系和膜反應(yīng)器中的應(yīng)用，尤其是低品位天然氣，海底天然氣和溫室氣體中CO2的脫除。 已有文獻(xiàn)報(bào)道中都是將分子篩膜進(jìn)行膜的后處理，但是處理過(guò)程中會(huì)不同程度的產(chǎn)生晶格缺陷和非骨架碎片。從而導(dǎo)致分子篩膜在結(jié)構(gòu)和性能方面均得不到改善，并且氟離子未進(jìn)入分子篩骨架。 該制備過(guò)程簡(jiǎn)單易重復(fù)，易放大，原材料價(jià)格低廉，采用二次生長(zhǎng)法大大縮短了成膜時(shí)間，合成的膜連續(xù)且分布均勻，無(wú)針孔，裂縫等缺陷，性能優(yōu)異，減少類似制備其他種類含氟分子篩膜的繁瑣后處理過(guò)程。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

中試階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物，產(chǎn)品；模型；現(xiàn)場(chǎng)演示；圖片

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

技術(shù)特點(diǎn)： 1.一步法水熱合成。 2.在溶膠中直接加入氟離子,避免了繁雜的氟后處理過(guò)程。 作品優(yōu)勢(shì)： 1.膜層連續(xù)，薄，平均厚度只有5-10微米，在支撐體上分布均勻，無(wú)針孔裂縫，具有優(yōu)良的分離性能。 2.在耐酸性、滲透汽化和氣體分離性能測(cè)試中均表現(xiàn)出優(yōu)異的分離性能 適用范圍： 1.天然氣中CO2的脫除,尤其適合于脫除低品位天然氣和海底天然氣。 2. 大型燃煤電廠、天然氣工業(yè)、化工廠等溫室氣體CO2減排工程 3.用于分離提純?nèi)剂弦掖肌? 4.尤其適合酸性體系分離。 市場(chǎng)分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 我們技術(shù)生產(chǎn)的膜組件總成本預(yù)算小于70,000元每平方米，純利潤(rùn)大于30,000元每平方米。與傳統(tǒng)方法相比，僅天然氣一項(xiàng)分離市場(chǎng)，每年可節(jié)約12億元。

同類課題研究水平概述

現(xiàn)有的制備T型分子篩膜的方法都是在不含氟體系中。Ying Cui等在溶膠配比為SiO2：Al2O3：Na2O：K2O：H2O =1：0.05：0.26：0.09：14，在130℃下水熱合成30h，在管狀支撐體表面合成了厚度約為20μm的T型分子篩薄層。在專利JP 2005305371中，公布了采用晶種法合成T型分子篩膜，在孔徑為0.14μm的多孔支撐體上合成了T型分子篩膜。將配比為SiO2/Al2O3=50、OH-/SiO2=0.77、Na+/(Na+ + K+)=0.77、H2O/(Na++ K+)=20的溶膠室溫老化48h，將涂有晶種的多孔支撐體置于溶膠中，在100℃和常壓下反應(yīng)72h，合成出毛沸石：菱鉀沸石=7 : 3的T型分子篩膜。在不含氟體系中制備的T型分子篩膜同樣遇到分離性能—使用壽命—應(yīng)用范圍三者之間難以兼容問(wèn)題。 另外，有研究者將制備好的T型分子篩膜進(jìn)行氟后處理，期望得到性能較好的分子篩膜。但是在脫骨架鋁的同時(shí)往往會(huì)不同程度的產(chǎn)生晶格缺陷和非骨架碎片，從而導(dǎo)致分子篩在結(jié)構(gòu)和性能方面得不到改善。 目前，文獻(xiàn)報(bào)道的均是在非含氟體系中制備T型分子篩膜。在含氟體系中合成T型分子篩膜在國(guó)內(nèi)外仍未見(jiàn)報(bào)道。本作品采用水熱合成法一步制備出了含氟T型分子篩膜，首次提出實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)規(guī)格含氟T型沸石分子篩膜的制備。作品制備的含氟T型分子篩膜在滲透汽化、氣體分離和耐酸性方面性能均優(yōu)于目前文獻(xiàn)報(bào)道的T型沸石分子篩膜；達(dá)到同時(shí)提高分子篩膜分離性能、增加使用壽命和擴(kuò)大應(yīng)用范圍的目地。
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