一种分子筛膜的制备方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种分子筛膜的制备方法及装置，属于分子筛膜制备技术领域。步骤：S1：制备晶种化支撑体。将分子筛晶种均匀分散于去离子水中，得到分子筛晶种悬浮液；将分子筛晶种涂覆在多孔支撑体外表面，并将支撑体烘干得到晶种化支撑体备用。S2：分子筛膜制备。将步骤S1得到的晶种化支撑体置于分子筛膜的制膜溶液环境中水热合成，随后定期向制膜溶液中添加新鲜制膜溶液，并排放部分反应完全的制膜溶液，反应结束后取出冷却；用去离子水洗涤并烘干，即得。该方法解决了在制备分子筛膜时因反应时间过长，导致制膜溶液营养耗尽和制膜溶液存在浓度梯度的问题，本方法合成的分子筛膜，重复性高，性能优良。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种分子筛膜的制备方法及装置，属于分子筛膜制备
，尤其涉及一种长时间反应制备分子筛膜过程中补充制膜溶液的方法。本专利技术同样适用于其他分子筛膜的制备。
技术介绍
分子筛渗透汽化膜分离技术是一种新型分离技术，具有高效节能、过程易于控制、操作方便、便于放大与产业化等优点，在新能源开发、资源优化利用和环境保护等方面发挥着越来越重要的作用，是21世纪最有前途的高新技术之一。将分子筛膜用于有机溶剂脱水的研究始于上世纪九十年代，目前已初步实现NaA分子筛膜的规模化工业应用，在全球建成约300套工业脱水装置。现有技术的分子筛膜的合成主要集中在将陶瓷支撑体垂直于反应釜中合成，但是由于分子筛膜合成过程中反应时间过长，其合成出过程中存在制膜溶液营养成分快速耗尽和制膜溶液会形成浓度梯度等问题，因此会导致成膜之后，各区域之间的膜层厚度、均匀度以及致密度不一，特别是在工业化生产时，各批次的成品之间性能有一定差异，如通量、分离因子以及微结构差异等，这也是制约其大规模工业生产的瓶颈技术之一。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是现有技术中分子筛膜的制备过程中制膜溶液营养成分快速耗尽和制膜溶液会形成浓度梯度等问题，导致成膜之后，制得的分子筛膜的性能存在着批次差异的问题，使膜的性能受到影响。通过定时的添加制膜溶液方法，来消除制膜溶液的营养不足和浓度梯度，具体的技术方案是：本专利技术的第一个方面：一种分子筛膜的制备方法，包括如下步骤：第1步、制备晶种化支撑体：将分子筛晶种均匀分散于去离子水中，得到分子筛晶种悬浮液；将分子筛晶种涂覆在多孔支撑体的表面，烘干后得到晶种化支撑体；第2步，将晶种化支撑体放置于装有制膜溶液的反应釜中，进行水热合成反应，在反应过程中，向制膜液当中补加制膜溶液；第3步，反应完成后，将支撑体取出，洗涤、烘干后，得到分子筛膜。所述的分子筛膜是一次合成时间超过10小时的分子筛膜，例如T型分子筛膜。所述的第2步中，补加制膜溶液的操作是指：将制膜溶液加入至缓冲罐中，再将反应釜中的制膜溶液在缓冲罐和反应釜中循环流动。所述的多孔支撑体的构型是单管式、多通道式或者平板式。更优选地，多孔支撑体构型是采用单管式或者多通道式；分子筛晶种涂覆在多孔支撑体的外表面或者内表面。当采用的是单管式或者多通道式支撑体，并且分子筛晶种涂覆在内表面时，从支撑体的通道一端抽吸制膜溶液后送入缓冲罐，再将缓冲罐中的溶液循环输送至支撑体的通道的另一端。晶种化支撑体垂直地置于反应釜中。本专利技术的第二个方面：一种分子筛膜的制备装置，包括有：制膜溶液储罐，用于放置制膜溶液；反应釜，用于分子筛膜的水热合成反应；废液储罐，用于存放反应完成后的由反应釜排出的制膜溶液；其中，制膜溶液储罐与反应釜连接。在反应釜中设置有晶种化支撑体，晶种化支撑体为垂直安装。制膜溶液储罐上设置有第一压力表、第一压力空气进口阀及放空阀和制膜溶液进口，在制膜溶液储罐的下方设置制膜溶液储罐放料阀。反应釜上设置有第二压力表、温度表、反应釜放空阀、在反应釜下部设置反应釜放料阀，反应釜整体处于加热系统中。制膜溶液储罐依次通过第一输送装置和反应釜进料阀与反应釜连接。反应釜依次通过第二输送装置和制膜废液进料阀与废液储罐连接。废液储罐上方设置有第三压力表、第二压力空气进口阀及放空阀，在废液储罐的下方设置废液储罐放料阀。还包括有缓冲罐，缓冲罐设置于制膜溶液储罐和反应釜相连接的管路上；并且在反应釜中还设置有制膜溶液入口和制膜溶液出口，制膜溶液入口设置于晶种化支撑体的通道的一端处，而制膜溶液出口设置于晶种化支撑体的通道的另一端处，制膜溶液出口通过负压抽吸泵与缓冲罐连接。本专利技术的第三个方面：上述的装置在制备分子筛膜中的应用。有益效果采用本专利技术技术方案合成出长度为800mm的T型分子筛膜，在70 ℃下用于分离料液为水含量为5 wt.%的乙醇/水溶液体系时，膜的分离因子>500，通量>1.0 kg·h–1·m–2，兼具有高的选择性和渗透通量。与现有技术相比，本专利技术创新地提出利用在反应过程中添加制膜溶液的方法，解决了在制备分子筛膜在合成过程中制膜溶液存在的营养不足和浓度梯度的问题，并且该方法简单、易行，应用于一次合成时间长的分子筛膜的制备时，能够使成膜均匀性提高，膜性能得到提高。利用本专利技术的方法合成的T型分子筛膜与现有市场分子筛膜的性能相比，重复性高，性能优良，适合规模化工业生产。附图说明图1为本专利技术的分子筛膜的制备装置示意图；图2为本专利技术合成的分子筛膜的膜表面场发射式扫描电镜图；图3为本专利技术合成的分子筛内膜的膜断面场发射式扫描电镜图；图4是另一种制备装置图。其中，1、第一压力空气进口阀及放空阀；2、第一压力表；3、制膜溶液储罐；4、制膜溶液储罐放料阀；5、第一输送装置；6、反应釜进料阀；7、反应釜放空阀；8、温度表；9、第二压力表；10、加热系统；11、反应釜；12、晶种化支撑体；13、反应釜放料阀；14、第二输送装置；15、制膜废液进料阀；16、第三压力表；17、废液储罐；18、废液储罐放料阀；19、第二压力空气进口阀及放空阀；20、缓冲罐；21、负压抽吸泵；22、制膜溶液入口；23、制膜溶液出口。具体实施方式本专利技术所制备分子筛膜所用的支撑体的构型一般为管式的，例如单管、多通道式，也可以采用板式的支撑体，只要将支撑体能够固定于反应釜中，即可实现本专利技术的技术方案，构型的选择可以根据工程实际进行选取，但是为了合成分子筛膜更加方便，最好采用的是单管或者多通道式的支撑体，其可以保证易于实行支撑体的转动装置、膜管的安装更加方便，以及具有一定的机械强度和装填密度。支撑体可以采用常规的材质，例如陶瓷材料、金属材料或有机高分子材料。制膜溶液和制膜废液的输送可以通过输送泵的方法实现。分子筛膜的制膜溶液可以通过常规的方法制得，例如：将铝源和氢氧化钠、氢氧化钾、去离子水中充分搅拌，得到澄清的含铝的溶液时，加入硅源溶液，搅拌至溶液呈均相，所得到的溶液为合成分子筛膜的制膜溶液，本专利技术的方法适用于合成时间较长的T型分子筛膜的制备，也适用其它的分子筛膜的水热合成过程。所述的支撑体优选为单管状或多通道状构形。所述的支撑体厚度优选在0.05~2mm之间，更优选0.1~3mm。利用涂晶法将分子筛晶种涂覆在在多孔管状支撑体外表面或者内表面。本专利技术所采用的装置结构如图1所示，包括反应釜11、制膜溶液储罐3和废液储罐17，反应釜11是用于将支撑体在制膜溶液的环境中进行水热合成反应，制膜溶液储罐3用于存放制膜溶液并定期补入反应釜11中，制膜溶液储罐3上设置有：第一压力表2、第一压力空气进口阀及放空阀1和制膜溶液进口，在制膜溶液储罐3的下方设置制膜溶液储罐放料阀4；制膜溶液储罐3通过第一输送装置5、反应釜进料阀6与反应釜11连接，用于将在反应过程中将储罐中的制膜溶液送入反应釜11中。对于制备T型分子筛膜，在反应过程中使制膜溶液的浓度保持稳定有助于使形成的分子筛膜层的均匀性，使分离效果和耐久性得到提高。在反应釜11上设置有第二压力表9、温度表8、反应釜放空阀7，在反应釜11下部设置反应釜放料阀13，反应釜11整体处于加热系统10中。在反应釜11中设置有晶种化支撑体12，晶种化支撑体12为垂直安装。反应釜11通过第二输送装置14与废液储罐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分子筛膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步、制备晶种化支撑体：将分子筛晶种均匀分散于去离子水中，得到分子筛晶种悬浮液；将分子筛晶种涂覆在多孔支撑体的表面，烘干后得到晶种化支撑体；第2步，将晶种化支撑体放置于装有制膜溶液的反应釜中，进行水热合成反应，在反应过程中，向反应釜中补加制膜溶液；第3步，反应完成后，将支撑体取出，洗涤、烘干后，得到分子筛膜。

【技术特征摘要】
1.一种分子筛膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：第1步、制备晶种化支撑体：将分子筛晶种均匀分散于去离子水中，得到分子筛晶种悬浮液；将分子筛晶种涂覆在多孔支撑体的表面，烘干后得到晶种化支撑体；第2步，将晶种化支撑体放置于装有制膜溶液的反应釜中，进行水热合成反应，在反应过程中，向反应釜中补加制膜溶液；第3步，反应完成后，将支撑体取出，洗涤、烘干后，得到分子筛膜。2.根据权利要求1所述的分子筛膜的制备方法，其特征在于，所述的第2步中，补加制膜溶液的操作是指：将制膜溶液加入至缓冲罐中，再将反应釜中的制膜溶液在缓冲罐和反应釜中循环流动。3.根据权利要求1所述的分子筛膜的制备方法，其特征在于，所述的多孔支撑体的构型是单管式、多通道式或者平板式；分子筛晶种涂覆在多孔支撑体的外表面或者内表面。4.根据权利要求1所述的分子筛膜的制备方法，其特征在于，当采用的是单管式或者多通道式支撑体，并且分子筛晶种涂覆在内表面时，从支撑体的通道一端抽吸制膜溶液后送入缓冲罐，再将缓冲罐中的溶液循环输送至支撑体的通道的另一端。5.根据权利要求1所述的分子筛膜的制备方法，其特征在于，晶种化支撑体垂直地置于反应釜中；所述的分子筛膜是一次合成时间超过10小时的分子筛膜，例如T型分子筛膜。6.一种分子筛膜的制备装置，包括有：制膜溶液储罐（3），用于放置制膜溶液；反应釜（11），用于分子筛膜的水热合成反应；废液储罐（17），用于存放反应完成后的由反应釜（11）排出的制膜溶液；其特征在于，制膜溶液储罐（3）与反应釜（...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨占照，朱月馨，纪祖焕，庆珺，
申请(专利权)人：江苏九天高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32