沼气在垂直取向碳纳米管分子筛膜中渗透分离机理的研究

低品位生物质的高效甲烷化利用，可有效的解决环境污染和低品位生物质资源浪费问题。目前，甲烷的高效分离与提纯是沼气规模化利用过程中的瓶颈问题。.本项目计划通过分子筛（MFI系列及SAPO-5）进行金属杂化的研究，筛选出更有利于在孔道中制备单壁CNT的金属杂化分子筛，进而制备出垂直取向的金属杂化分子筛膜，以其为基体，采用特殊裂解工艺在其孔道中制备单壁碳纳米管，将分子筛膜与单壁CNT的特点和优势结合为一体;并通过纳米微结构的调控，改变其亲疏水性、分离性能等宏观特性,该方面的基础研究工作，对于单壁CNT的形成机制、结构特征以及取向碳纳米管分子筛膜的成膜机理也将富有成果。考察沼气在碳纳米管分子筛膜中的渗透分离性能，通过不同碳纳米管分子筛膜的渗透分离数据的对比分析，揭示（CH4/CO2）在复合膜中的渗透机理。最终为碳纳米管分子筛膜的出现与发展及其在沼气提纯方面的应用提供理论基础。

低品位生物质的高效甲烷化利用，可有效地解决环境污染和低品位生物质资源浪费问题。目前，甲烷的高效分离与提纯是沼气规模化利用过程中的瓶颈问题。本项目通过对AFI分子筛金属杂化的研究，筛选出更有利于在孔道中制备SWCNTs的金属杂化分子筛，进而制备出完备的金属杂化分子筛膜，以其为基体，采用特殊裂解工艺在其孔道中制备单壁碳纳米管(SWCNTs)，将分子筛膜与SWCNTs的特点和优势结合为一体。并考察沼气在碳纳米管分子筛膜中的渗透分离性能。.考察了金属添加量对金属杂化AFI分子筛形貌、结晶度、酸性和氧化性的影响。结果表明Co以同晶取代分子筛骨架Al原子的方式进入其中，Co/Al较低时分子筛为纯相晶体，具有典型的AFI形貌特征，Co/Al为0.15时出现CHA杂晶；分子筛制备过程中加入少量Si可促进更多的Co进入分子筛骨架。CoAPO-5和CoSAPO-5分子筛具有L和B两种酸中心，以及一定的氧化活性中心。采用低温加氢裂解方式在其孔道中制备SWCNTs，增加分子筛中有机模板剂的碳含量可以提高制备的SWCNTs质量。一系列温度下制备SWCNTs的拉曼及TG曲线表明在350℃下制备的SWCNTs质量最佳，其制备的SWCNTs直径约为0.42nm。同时发现加入适量杂原子Co有助于提高SWCNTs的质量和碳填充密度，保持分子筛Co/Al摩尔比在0.075左右，制备的SWCNTs具有较高的质量和碳填充密度。程序升温还原-质谱分析的研究结果表明，H2参与模板剂裂解反应，降低模板剂高温裂解所需的活化能，使其在260℃左右便开始大量分解成小分子碳源，并在280℃左右开始碳化生成碳纳米管，与此同时小分子碳源在H2参与下聚合成C6等大分子有机碳源，降低了有机碳源从分子筛孔道中的逃逸量，进而提高了制备碳纳米管的质量。.采用原位水热合成法在多孔α-Al2O3上制备了致密、均一的无取向CoAPSO-5分子筛膜。通过气体渗透法检测出所合成的分子筛膜为无缺陷的；同时，考察了CoAPSO-5分子筛膜对CO2/CH4混合气的分离效果，渗透分离结果显示，在渗透压分别为0.3和0.5MPa时，CO2/CH4的真实分离系数分别为4.86和5.29。并通低温加氢裂解法，制备出SWCNTs-CoAPSO-5分子筛复合膜，并考察了其对CO2/CH4混合气的分离效果，CO2/CH4的真实分离系数分别为6.13和和6.72。