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一种脱醇用silicalite-1沸石膜的制备方法 0 0

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申请进展

基本信息

申请人信息

代理人信息

摘要

法律状态

权利要求

说明书

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2018-12-29

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2019-04-23

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2021-12-17

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2038-12-29

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201811637840.3	申请日	2018-12-29
公开/公告号	CN109529629B	公开/公告日	2021-12-17
授权日	2021-12-17	预估到期日	2038-12-29
申请年	2018年	公开/公告年	2021年
缴费截止日
分类号	B01D61/36 、B01D67/00 、B01D69/04 、B01D71/02	主分类号	B01D61/36
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	4
权利要求数量	5	非专利引证数量	0
引用专利数量	7	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利	CN103933871A、CN103446896A、CN105289323A、CN107433140A、KR20010096777A、US2009/0057128A1、US2017/0225129A1	被引证专利
专利权维持	4	专利申请国编码	CN
专利事件	转让	事务标签	公开、实质审查、申请权转移、授权

申请人信息

申请人	林贤贵	第一申请人	林贤贵
专利权人	林贤贵	当前专利权人	林贤贵
发明人	不公告发明人	第一发明人	不公告发明人
地址	浙江省温州市乐清市淡溪镇下埠宅村	邮编	325600
申请人数量	1	发明人数量	1
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省温州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

摘要

本发明通过二次生长法在氧化铝载体上制备除了脱醇用的silicalite‑1沸石膜，与现有计算的不同点在于所用晶种包含ZSM‑5沸石颗粒和Silicalite沸石颗粒，通过合理的晶种涂敷和处理方式提高了silicalite‑1沸石膜的分离性能。

摘要附图

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2021-12-17	授权
2	2021-12-14	专利申请权的转移	登记生效日: 2021.12.02 申请人由刘彦东变更为林贤贵地址由251999 山东省滨州市无棣县棣新七路37号变更为325600 浙江省温州市乐清市淡溪镇下埠宅村
3	2019-04-23	实质审查的生效	IPC(主分类): B01D 61/36 专利申请号: 201811637840.3 申请日: 2018.12.29
4	2019-03-29	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种脱醇用silicalite‑1沸石膜的制备方法，其特征在于：在氧化铝载体表面预先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，经第一次干燥、第一次焙烧后再在载体上继续涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，再经第二次干燥后进行水热合成、焙烧后制成，其中所采用的铸膜液为中性，铸膜液中主要成分的摩尔配比为SiO2 :TPABr :氟化铵：H2O=1 ：（0.12 ～
0.24）：（0.6 ～ 1.6）：（20 ～ 100）；所述的ZSM‑5沸石颗粒粒径大于1μm，所述的silicalite‑1沸石颗粒粒径小于500nm；第一次焙烧是在400‑450℃下焙烧1‑2小时；第二次焙烧是在450‑500℃下焙烧2‑6h；该方法包括以下步骤：
（1）将氧化铝载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；
（2）将合适粒径的ZSM‑5沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5‑1%的ZSM‑5沸石悬浮液，将合适粒径的silicalite‑1沸石颗粒与乙醇混合配制成1%‑2%的silicalite‑1沸石悬浮液;
（3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，并在第一次干燥后送入马弗炉进行第一次高温焙烧；
（4）将焙烧后的载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面再涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，并送入烘箱进行第二次干燥；
（5）将涂敷后的载体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱进行水热合成；将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的氧化铝载体为管式、中空纤维式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的silicalite‑1沸石颗粒是通过将粒径＞1μ的沸石经机械破碎而成。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的机械破碎为珠磨。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于第一次干燥和第二次干燥均为在60‑100℃下处理2‑4h。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及一种沸石膜的制备方法，特别涉及一种在氧化铝载体上合成脱醇用silicalite‑1沸石膜的制备方法。

背景技术

[0002] 沸石膜是一类由沸石微晶组成的新型无机膜，兼具无机膜与沸石的优点，使得沸石沸石膜具有许多独特而优良的性质，在催化、吸附、离子交换、膜反应器、光电器件以及精细化工等工业领域有着广泛的应用，尤其在气体及液体分离方面展现了良好的应用前景。在过去的十几年中，人们对沸石膜的合成与制备开展了大量的研究，已经制备出了多种沸石膜，包括LTA， SOD，FAU，MEL，CHA，MFI，DDR，AFI，BEA，PHI等。Silicalite‑1具有全硅的MFI构型，孔径在0.55nm左右，具有良好的稳定性，在渗透汽化脱醇方面具有良好的应用前景。

[0003] 对于渗透汽化沸石膜，其一般是将沸石层负载在载体上，而传统的载体中，氧化铝载体是最为常见的载体类型，但是对于silicalite‑1沸石膜而言，一般不采用氧化铝载体，主要是由于载体中的铝元素会掺杂到silicalite‑1的骨架结构中影响到膜的分离性能。其次，由于silicalite‑1沸石层与氧化铝载体层之间的结合力不强。针对该问题，曾经有学者采用ZSM‑5沸石作为晶种层诱导silicalite‑1沸石膜，但是在重复性模拟实验中发现其渗透性能不佳。

[0004] 针对上述问题，急需一种新的合成方法以克服在氧化铝载体上合成silicalite‑1沸石膜的种种问题。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于针对氧化铝载体与silicalite‑1沸石层结合力差等问题，对现有的合成方法进行了改进。

[0006] 本发明提供了一种脱醇用silicalite‑1沸石膜的制备方法，在氧化铝载体表面预先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，经第一次干燥、第一次焙烧后再在载体上继续涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，再经第二次干燥后进行水热合成、焙烧后制成，其中所采用的铸膜液为中性，铸膜液中主要成分的摩尔配比为SiO2 :TPABr :氟化铵：H2O=1 ：（0.12 ～ 0.24）：（0.6 ～ 1.6）：（20 ～ 100）。

[0007] 优选的，所述的ZSM‑5沸石颗粒粒径大于1μm，所述的silicalite‑1沸石颗粒粒径小于500nm。

[0008] 优选的，所述的氧化铝载体为管式、中空纤维式。

[0009] 优选的，所述的silicalite‑1沸石颗粒是通过将粒径＞1μ的沸石经机械破碎而成。

[0010] 优选的，所述的机械破碎为珠磨。

[0011] 优选的，第一次涂敷是采用真空抽吸法，而第二次涂敷采用浸渍法。

[0012] 优选的，第一次干燥和第二次干燥均为在60‑100℃下处理2‑4h。

[0013] 优选的，第一次焙烧是在400‑450℃下焙烧1‑2小时。

[0014] 优选的，第二次焙烧是在400‑500℃下焙烧2‑6h。

[0015] 优选的，该方法包括以下步骤：

[0016] （1）将氧化铝载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0017] （2）将合适粒径的ZSM‑5沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5‑1%的ZSM‑5沸石悬浮液，将合适粒径的silicalite‑1沸石颗粒与乙醇混合配制成1%‑2%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0018] （3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，并在第一次干燥后送入马弗炉在400‑450℃下焙烧1h；

[0019] （4）将焙烧后的载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面再涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，并送入烘箱进行第二次干燥；

[0020] （5）将涂敷后的载体浸渍与silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱进行水热合成；

[0021] （6）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂。

[0022] 本发明的创新点集中在以下几点：

[0023] 首先，本发明在氧化铝载体上依次涂敷ZSM‑5沸石和silicalite‑1沸石，其中处于载体最外层的silicalite‑1沸石优先作为晶种合成silicalite沸石层，而在载体层和沸石层之间的ZSM‑5沸石层则作为过渡层提高了载体层和沸石层之间的结合力。为最大程度防止氧化铝载体在合成过程中被铸膜液溶解从而导致铝掺杂，本发明采用中性的铸膜液替代了传统的铸膜液。

[0024] 其次，为进一步降低ZSM‑5沸石作为晶种成膜的能力，选择采用大于1μm的沸石颗粒，而silicalite‑1则采用机械破碎成小于500nm，且通过合适的沸石悬浮液浓度的调节使得silicalite‑1比ZSM‑5具有高出一个数量级的成核位点，优先诱导成膜。而且，对涂敷完ZSM‑5沸石后的载体进行焙烧处理降低了沸石的诱导能力，使后来涂敷的silicalite‑1沸石优先成膜。

[0025] 最后，为尽可能提高ZSM‑5沸石层作为过渡层与载体层的结合力，选择采用真空抽吸法涂敷ZSM‑5沸石层，优选的真空度为5‑20kpa，抽吸时间为5‑20s。而后续的silicalite‑1沸石则采用浸渍法涂敷，优选涂敷时间为5‑10s，涂敷2‑3次。

实施方案

[0026] 为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例对本发明进一步说明。

[0027] 实施例1

[0028] （1）将氧化铝管式载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0029] （2）将平均粒径为1.2μm的ZSM‑5沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5%的ZSM‑5沸石悬浮液；将粒径为1.5μm的silicalite‑1沸石颗粒采用不锈钢材质的珠子进行珠磨，使其粒径缩小至300nm，并与乙醇混合配制成1.5%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0030] （3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，设定真空度为10kPa，抽吸时间为10s，并在60℃干燥2h后送入马弗炉在450℃下焙烧1h，升降温频率均为1℃/min；

[0031] （4）将焙烧后的载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面再涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，浸渍时间10s，涂敷两次，涂敷结束后并送入烘箱在60℃下继续干燥2h；

[0032] （5）以四丙基溴化铵、硅溶胶、氢氧化钠和水为原料制备铸膜液，其中铸膜液中原料摩尔比为：n（Na2O）：n(TPABr)：n(SIO2)：n(H2O)=0.1：0.1： 1：100；将涂敷后的载体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱中在170℃下晶化48h；

[0033] （6）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂，焙烧温度为500℃，焙烧时间为6h，升降温速率均为1℃/min。

[0034] 实施例2

[0035] （1）将氧化铝管式载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0036] （2）将平均粒径为1.2μm的ZSM‑5沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5%的ZSM‑5沸石悬浮液；将粒径为1.5μm的silicalite‑1沸石颗粒采用不锈钢材质的珠子进行珠磨，使其粒径缩小至300nm，并与乙醇混合配制成1.5%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0037] （3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，设定真空度为10kPa，抽吸时间为10s，并在60℃干燥2h后送入马弗炉在450℃下焙烧1h，升降温频率均为1℃/min；

[0038] （4）将焙烧后的载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面再涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，浸渍时间10s，涂敷两次，涂敷结束后并送入烘箱在60℃下继续干燥2h；

[0039] （5）以四丙基溴化铵、硅溶胶、氟化氨和水为主要原料制备ph为中性的铸膜液，其中铸膜液中原料摩尔比为n(SIO2):n(TPABr):n(NH4f):n(H2O)=1:0,12:0. 6:80；将涂敷后的支撑n体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱中在170℃下晶化48h；

[0040] （6）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂，焙烧温度为500℃，焙烧时间为6h，升降温速率均为1℃/min。

[0041] 对比例1

[0042] （1）将氧化铝管式载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0043] （2）将粒径为1.5μm的silicalite‑1沸石颗粒采用不锈钢材质的珠子进行珠磨，使其粒径缩小至300nm，并与乙醇混合配制成1.5%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0044] （3）将载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，浸渍时间10s，涂敷两次，涂敷结束后并送入烘箱在60℃下继续干燥2h；

[0045] （4）以四丙基溴化铵、硅溶胶、氢氧化钠和水为原料制备铸膜液，其中铸膜液中原料摩尔比为：n（Na2O）：n(TPABr)：n(SIO2)：n(H2O)=0.1：0.1： 1：100；将涂敷后的载体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱中在170℃下晶化48h；

[0046] （5）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂，焙烧温度为500℃，焙烧时间为6h，升降温速率均为1℃/min。

[0047] 对比例2

[0048] （1）将氧化铝管式载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0049] （2）将平均粒径为1.2μm的ZSM‑5(硅铝比为150)沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5%的ZSM‑5沸石悬浮液；将粒径为1.5μm的silicalite‑1沸石颗粒采用不锈钢材质的珠子进行珠磨，使其粒径缩小至300nm，并与乙醇混合配制成1.5%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0050] （3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，设定真空度为10kPa，抽吸时间为10s，并在60℃干燥2h后送入马弗炉在450℃下焙烧1h，升降温频率均为1℃/min；

[0051] （4）以四丙基溴化铵、硅溶胶、氢氧化钠和水为原料制备铸膜液，其中铸膜液中原料摩尔比为：n（Na2O）：n(TPABr)：n(SIO2)：n(H2O)=0.1：0.1： 1：100；将涂敷后的载体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱中在170℃下晶化48h；

[0052] （5）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂，焙烧温度为500℃，焙烧时间为6h，升降温速率均为1℃/min。

[0053] 对比例3

[0054] （1）将氧化铝管式载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0055] （2）将平均粒径为1.2μm的ZSM‑5沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5%的ZSM‑5沸石悬浮液；将粒径为1.5μm的silicalite‑1沸石颗粒采用不锈钢材质的珠子进行珠磨，使其粒径缩小至300nm，并与乙醇混合配制成1.5%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0056] （3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，设定真空度为10kPa，抽吸时间为10s，并在60℃干燥2h；

[0057] （4）将干燥后的载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面再涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，浸渍时间10s，涂敷两次，涂敷结束后并送入烘箱在60℃下继续干燥2h；

[0058] （5）以四丙基溴化铵、硅溶胶、氢氧化钠和水为原料制备铸膜液，其中铸膜液中原料摩尔比为：n（Na2O）：n(TPABr)：n(SIO2)：n(H2O)=0.1：0.1： 1：100；将涂敷后的载体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱中在170℃下晶化48h；

[0059] （6）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂，焙烧温度为500℃，焙烧时间为6h，升降温速率均为1℃/min。

[0060] 对比例4

[0061] （1）将氧化铝管式载体经打磨、冲洗、浸泡、干燥处理；

[0062] （2）将平均粒径为1.2μm的ZSM‑5沸石颗粒与乙醇混合配制成0.5%的ZSM‑5沸石悬浮液；将粒径为1.5μm的silicalite‑1沸石颗粒与乙醇混合配制成1.5%的silicalite‑1沸石悬浮液;

[0063] （3）采用真空抽吸法在氧化铝载体上先涂敷一层ZSM‑5沸石颗粒，设定真空度为10kPa，抽吸时间为10s，并在60℃干燥2h后送入马弗炉在450℃下焙烧1h，升降温频率均为1℃/min；

[0064] （4）将焙烧后的载体浸入silicalite‑1沸石悬浮液使载体表面再涂敷一层silicalite‑1沸石颗粒，浸渍时间10s，涂敷两次，涂敷结束后并送入烘箱在60℃下继续干燥2h；

[0065] （5）以四丙基溴化铵、硅溶胶、氢氧化钠和水为原料制备铸膜液，其中铸膜液中原料摩尔比为：n（Na2O）：n(TPABr)：n(SIO2)：n(H2O)=0.1：0.1： 1：100；将涂敷后的载体浸渍于silicalite‑1铸膜液中，并送入烘箱中在170℃下晶化48h；

[0066] （6）将水热合成后的膜经清洗、浸泡、干燥后送入马弗炉进行高温焙烧以脱除模板剂，焙烧温度为500℃，焙烧时间为6h，升降温速率均为1℃/min。

[0067] 性能试验

[0068] 将对比例1‑4和实施例1‑2所得的管式膜材料进行渗透汽化实施，试验条件是：操作温度60 ℃，分离体系是5wt.%的乙醇/水溶液。所得结果如表1所示。

[0069] 表1所合成的管式膜材料的渗透汽化实验结果样品选择性通量（kg·h‑1·m‑2）
实施例1 109 1.04
实施例2 121 1.11
对比例1 80 0.88
对比例2 49 0.79
对比例3 89 0.81
对比例4 86 0.83

[0070] 将实施例1、2制备的膜进行XRD表征，其均显示良好的MFI结构构型。而在渗透汽化性能方面从表中可以看出，本发明提供的管式膜材料用于工业醇水分离的选择性〉100，通量〉1.0 kg•h‑1•m‑2，兼具有高的选择性和渗透通量，具有较好的应用价值。

[0071] 除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求所定义的范围。