本發(fā)明涉及無機(jī)膜的制備技術(shù)，具體為一種高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，屬于環(huán)境、氣候變化、節(jié)能減排等化工分離領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
膜分離氣體技術(shù)是基于混合氣體中各組分在壓力推動(dòng)下透過膜的速率不同而達(dá)到分離的，該技術(shù)始于20世紀(jì)后半期，現(xiàn)已普遍應(yīng)用于天然氣的凈化、分離煙道氣中的CO2等氣體分離領(lǐng)域。膜分離氣體技術(shù)的關(guān)鍵在于高效分離膜材料的制備，常用的膜材料包括有機(jī)膜材料和無機(jī)膜材料。有機(jī)膜材料包括有機(jī)高分子材料、硅橡膠等等，但由于氣體通過有機(jī)膜的透過率較低，且不能在高溫、高腐蝕的環(huán)境中應(yīng)用，限制了其在氣體分離領(lǐng)域的應(yīng)用。
相對(duì)于有機(jī)高分子膜，無機(jī)膜材料具有耐高溫、耐腐蝕、機(jī)械強(qiáng)度高、氣體滲透率大等優(yōu)點(diǎn)，在氣體分離領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景，但目前無機(jī)膜材料的氣體選擇性仍較低，尚缺乏成本低、高選擇性的無機(jī)膜材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供的目的在于提供一種高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，該方法工藝簡單、生產(chǎn)成本低，有廣泛的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，包括如下步驟：
(1)膜合成液的制備：將強(qiáng)堿、高硅工業(yè)原料按質(zhì)量比0.5～3：1混合，然后于400～650℃煅燒0.5～5h，經(jīng)冷卻、研磨，得到熟料，向熟料中按液固質(zhì)量比2～20:1加入水，攪拌后，得到膜合成液；
(2)膜的制備：將涂覆菱沸石晶種層的載體管兩端封緊后放入高壓反應(yīng)釜中，再將膜合成液裝入反應(yīng)釜中，于60～110℃溫度下晶化1～15天，反應(yīng)結(jié)束后，取出膜管，用去離子水洗至中性，干燥，得到菱沸石膜。
所述的高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，步驟(1)中所述強(qiáng)堿為工業(yè)堿：氫氧化鉀或氫氧化鈉。
所述的高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，步驟(1)中所述高硅工業(yè)原料為粉煤灰或高嶺土，或?yàn)檠趸?氧化鋁的混合物。
所述的高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，步驟(2)中所述載體管為ɑ-Al2O3或莫來石，平均孔徑為1～10μm，孔隙率為30～60％，且該載體管已預(yù)涂菱沸石晶種。
所述的高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，菱沸石膜具有較高的CO2/CH4、CO2/N2、H2/N2，CO/N2或N2/O2氣體選擇性，應(yīng)用于混合氣體中CO2/CH4、CO2/N2、H2/N2，CO/N2或N2/O2的分離。
所述的高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，菱沸石膜的厚度為2～20μm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果是：
本發(fā)明高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，具有非常高的CO2/CH4、CO2/N2等氣體選擇性，且工藝簡單、生產(chǎn)成本低，產(chǎn)品附加值高。當(dāng)溫度為0～75℃、壓力為0.1MPa時(shí)，該菱沸石膜的CO2/CH4、CO2/N2分離因子均大于100，可應(yīng)用于煙道氣、天然氣等的氣體分離。
具體實(shí)施方式
在具體實(shí)施過程中，本發(fā)明高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，具體主要包括如下步驟：
(1)膜合成液的制備：將強(qiáng)堿、高硅工業(yè)原料按質(zhì)量比0.5～3：1混合，然后于400～650℃煅燒0.5～5h，經(jīng)冷卻、研磨，得到熟料，向熟料中按液固質(zhì)量比2～20:1加入水，攪拌后，得到膜合成液。
(2)膜的制備：將涂覆晶種層的載體管兩端封緊后放入高壓反應(yīng)釜中，再將膜合成液裝入反應(yīng)釜中，于60～110℃溫度下晶化1～15天，反應(yīng)結(jié)束后，取出膜管，用去離子水洗至中性，干燥，得到菱沸石膜。
(3)將菱沸石膜用于氣體滲透性能測(cè)試，得到氣體分離因子，測(cè)試方法采用中國發(fā)明專利申請(qǐng)：“一種在大孔載體上制備Pd/SAPO-34復(fù)合膜的方法(申請(qǐng)?zhí)?01510233282.4)”。
下面，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
實(shí)施例1
本實(shí)施例中，高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，具體過程如下：
膜合成液的制備：將KOH和粉煤灰按質(zhì)量比1.5：1混合，然后于650℃煅燒1.5h，經(jīng)冷卻、研磨，得到熟料，向熟料中按液固質(zhì)量比10:1加入水，攪拌后，得到膜合成液。
膜的制備：將涂覆菱沸石晶種層的載體管兩端封緊后放入高壓反應(yīng)釜中，再將膜合成液裝入反應(yīng)釜中，于100℃溫度下晶化2天，反應(yīng)結(jié)束后，取出膜管，用去離子水洗至中性，干燥，得到菱沸石膜，菱沸石膜的厚度為5μm。
當(dāng)溫度為70℃、壓力為0.1MPa時(shí)，該菱沸石膜的CO2/CH4、CO2/N2分離因子分別為195和118。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，具體過程如下：
膜合成液的制備：將KOH、二氧化硅和氧化鋁按質(zhì)量比8：2.5：1混合，然后于600℃煅燒1.5h，經(jīng)冷卻、研磨，得到熟料，向熟料中按液固質(zhì)量比15:1加入水，攪拌后，得到膜合成液。
膜的制備：將涂覆菱沸石晶種層的載體管兩端封緊后放入高壓反應(yīng)釜中，再將膜合成液裝入反應(yīng)釜中，于90℃溫度下晶化3天，反應(yīng)結(jié)束后，取出膜管，用去離子水洗至中性，干燥，得到菱沸石膜，菱沸石膜的厚度為8μm。
當(dāng)溫度為30℃、壓力為0.1MPa時(shí)，該菱沸石膜的O2/N2分離因子為12。
實(shí)施例3
本實(shí)施例中，高效分離氣體菱沸石膜的制備方法，具體過程如下：
膜合成液的制備：將KOH和高嶺土按質(zhì)量比2.8：1混合，然后于550℃煅燒2h，經(jīng)冷卻、研磨，得到熟料，向熟料中按液固質(zhì)量比15:1加入水，攪拌后，得到膜合成液。
膜的制備：將涂覆菱沸石晶種層的載體管兩端封緊后放入高壓反應(yīng)釜中，再將膜合成液裝入反應(yīng)釜中，于85℃溫度下晶化4天，反應(yīng)結(jié)束后，取出膜管，用去離子水洗至中性，干燥，得到菱沸石膜，菱沸石膜的厚度為13μm。
當(dāng)溫度為60℃、壓力為0.1MPa時(shí)，該菱沸石膜的CO2/CH4、CO2/N2分離因子分別為368和165。
實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明菱沸石膜的制備工藝簡單、成本低，具有較高的氣體選擇性，可高效分離煙道氣、煤層氣等氣體，具有廣泛的經(jīng)濟(jì)效益。