氟介质共晶调控高性能NaY分子筛膜的构筑和机制研究

Separation alcohol/ether azeotrope are high energy consumption and low efficiency, which could be solved by membrane separation technology. The study will focus on the mechanism of preparing high performance NaY zeolite membrane by fluorine eutectic regulation, establish the regulation method of high performance and pure phase NaY zeolite membrane and pervaporation of alcohol/ether azeotrope. Combination of laboratory research, theoretical analysis and computer simulation, the study will investigate the mechanism of preparing high performance NaY zeolite membrane by fluorine eutectic regulation from micro and meso scale. The forms of fluorine in the NaY zeolite structure and the influence of fluorine medium on the membrane separation performance were investigated, and this work will build a regulation methodof preparing high performance NaY zeolite membrane. Specially, influences of the fluorine eutectic regulation on the mechanism of micro-structure, nuclei, growth, membrane formation of pure phase NaY zeolite, and restraining P zeolite are discussed in this work. Besides, the adsorption and diffusion mechanism of guest molecules on the membrane surface and through zeolite channel of the NaY zelite membrane are described, the dynamic model and pervaporation separation mechanism of NaY zeolite membrane for alcohol/ether azeotrope are built and explored, which are propitious to optimize the preparation conditions of high performance NaY zeolite membrane. The research results can provide important theoretical guidance for the design, synthesis, optimization and industrial application of zeolite membrane.

现有的醇/醚共沸物分离技术能耗高和效率低，膜分离技术可高效和绿色的解决上述问题。本项目拟开展氟介质共晶调控构筑高性能纯相NaY分子筛膜的机制研究，形成构筑高性能纯相NaY分子筛膜及其醇/醚等共沸物渗透汽化分离的调控方法。采用实验室研究、理论分析和计算机模拟相结合的方法，从微观和介观尺度上研究氟介质共晶调控构筑高性能NaY分子筛膜的机制。重点考察氟介质对NaY分子筛晶体成核、生长、成膜和抑制P型杂晶生长的作用机制，探究氟介质在NaY分子筛结构中的赋存形式及其对膜分离性能的影响，形成构筑高性能NaY分子筛膜的调控方法。阐述客体分子在高性能NaY分子筛膜表面的吸附扩散行为以及在膜孔道中的传质行为，建立NaY分子筛膜可分离醇/醚共沸物渗透汽化分离的动力学模型，揭示NaY分子筛膜在醇/醚等共沸物体系中的渗透汽化分离机理。本项目研究成果可以为分子筛膜的设计、合成和优化及工业应用提供重要的理论指导。

近年来随着全球温室效应和极端天气的加重，为减少汽车尾气对大气的污染，世界各国不断制定越来越严格的汽油标准。乙基叔丁基醚（ETBE）是一种性能优良的高辛烷值汽油调和组分，不仅能提高汽油辛烷值，既可以减少发动机内的气阻，又可降低蒸发损耗，使汽油的经济性和安全性都得以改善。ETBE的合成反应会产生乙醇与ETBE的共沸物，为满足生产高纯度ETBE的需要，需要对其进行分离提纯。膜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，成为21世纪最有前途的高新技术之一。.NaY分子筛膜具有八面沸石型分子筛的骨架结构，其孔道直径约为0.74 nm。因此，在EtOH/ETBE体系分离和提纯方面有广阔的应用前景。本项目开展了氟介质共晶调控构筑高性能纯相NaY分子筛膜的机制研究，形成构筑高性能纯相NaY分子筛膜及其醇/醚等共沸物渗透汽化分离的调控方法。采用实验室研究和先进表征技术，从微观和介观尺度上开展了氟介质共晶调控构筑高性能NaY分子筛膜的成膜机制研究。重点考察氟介质以及对NaY分子筛晶体成核、生长、成膜和抑制P型杂晶生长的作用机制，探究氟介质在NaY分子筛结构中的赋存形式及其对膜分离性能的影响，形成构筑高性能NaY分子筛膜的调控方法。此外，本项目将制备的高性能NaY分子筛膜应用与以乙醇/乙基叔丁基醚为代表的醇/醚共沸体系中，制备的分子筛膜表现出良好的分离性能和稳定性，本项目研究成果可以为分子筛膜的设计、合成 和优化及工业应用提供重要的理论指导。.再者，本项目实施期间，两位研究骨干发生了职位晋升，一位研究骨干人员获得博士学位。在本项目的支持下，项目负责人培养硕士研究生9名，并与日本山口大学联合申请并通过验收江西省重点研发计划一项（20181ACH80003，面向EtOH/ETBE分离的FAU型分子筛膜规模化制备关键技术联合开发），相关成果项目负责人以第一作者或通讯作者发表SCI期刊学术论文11篇和申请中国发明专利3项。