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Chem. Asian J. :晶种层转移法二次生长制备b轴取向MFI型分子筛膜2023-09-01
MFI型沸石分子筛膜由于具有均一规整的孔道结构而被广泛应用于分离领域、催化领域、光学材料领域以及微电子器件领域等。由于MFI型沸石分子筛晶体具有沿a轴方向的正弦通道以及沿b轴方向的直通道两种通道结构,因此沸石晶体中纳米通道的择优取向对膜层的分离性能有重要影响。具体地说,b轴取向的MFI型沸石分子筛膜得益于纳米孔道的有序排列,可以通过缩短扩散长度和减少晶界缺陷来提高膜层的分离性能。

二次生长法是制备取向沸石分子筛膜常用的方法,其操作过程主要包括取向晶种层的制备和取向晶种层的面内连生两个步骤。多孔载体表面取向晶种层的制备与二次生长过程中的孪晶抑制是获得取向分离膜的关键。近日,浙江大学王正宝教授课题组设计了一种简单且有效的取向晶种层印刷技术,并且通过在合成体系中引入聚六亚甲基双胍盐酸盐(简化为PHMB)作为孪晶抑制剂,成功地在多孔Al2O3载体表面制备出b轴取向的MFI型分子筛分离膜(图1),并且膜在低浓度乙醇水溶液中表现出了通量比无序膜高50%以上的分离性能。

 

 

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图 1. 晶种层转移法制备b轴取向沸石分子筛分离膜的流程示意图

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图2. 多孔氧化铝载体及其表面转移的取向晶种层:(a) 载体表面, 晶种层(b)表面和(c)断面,(d)载体和晶种层的XRD

如图1所示,取向晶种层转移技术具体如下:先在保鲜膜表面擦涂取向晶种,同时在多孔载体表面(图2a)涂覆粘结剂(如聚乙烯醇PVA),然后将保鲜膜附着b轴取向晶种的一侧粘贴至载体表面,最后通过焙烧去除保鲜膜和PVA,在多孔载体表面获得取向晶种层(图2b-d)。该技术在粗糙表面也能很好地转录取向晶种层。

在取向晶种层的二次生长过程中,通过在传统合成体系中引入PHMB来抑制膜层表面孪晶的形成。如图3a所示,当合成体系中不含有PHMB时,膜表面出现了较多的a轴取向孪晶。而随着合成体系中PHMB含量的增加,膜层表面的孪晶数量逐渐降低;当PHMB/SiO2为0.008(图3i)时可获得孪晶非常少的b轴取向MFI沸石分子筛分离膜。本文提出的晶种层转移技术为特定膜层结构的构建提供了新思路。

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图3. 不同PHMB含量条件下二次生长制备的MFI型沸石分子筛膜SEM图

文信息

Fabrication of b-Oriented MFI Zeolite Membranes by a Printing-Transfer Seed Layer Procedure

Yanwei Yang, Dr. Xiaofei Lu, Huayu Zhang, Xingtong Yu, Qiancheng Zheng, Prof. Dr. Zhengbao Wang

Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202300218

 

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