修饰后的中空纤维MFI分子筛膜用于H2CO2体系的分离毕业论文

 2020-06-18 19:59:36

摘要

随着化石能源的不断消耗和人们环保意识的不断提高，氢气作为新型清洁能源越来越受到广泛使用，氢气的分离和提纯方法也受到学者的深入研究。MFI分子筛膜凭借其规整的孔道结构、良好的热化学稳定性以及高机械强度等特点在氢气分离膜中脱颖而出。本实验采用原位水热合成法制备MFI分子筛膜，研究其对PX/OX体系的分离性能，结果显示在200℃，He吹扫流量15ml/min，He稀释流量10ml/min，PX/OX分离因子为20.6，PX渗透性为3.37×10^-7mol/(m²·s·Pa)。经三甲基乙氧基硅烷（TMES）在线修饰后，H₂/CO₂分离因子由3.5升至7.76，氢气渗透性为1.33×10^-7mol/(m²·s·Pa)。

关键词：膜分离技术 MFI分子筛膜 PX/OX分离 H₂/CO₂分离

The modified hollow fiber MFI zeolite membrane for the separation of H₂ / CO₂ system

Abstract

With the continuous consumption of fossil fuels and people's awareness of environmental protection continues to improve, hydrogen as a new type of clean energy is more and more widely used. Hydrogen separation and purification methods have also been scholars in-depth study. MFI zeolite stands out by its inerratic pore structure, good thermal stability, chemical stability and high mechanical strength in the application of hydrogen separation in the membrane separation technology. In this experiment, MFI molecular sieve membrane was prepared by in-situ hydrothermal synthesis method. The effect of PX / OX system on the separation of PX / OX system was measured at 200 ℃, and the operation condition was the 15ml / min of He purge flow, 10ml / min of He dilution flow. PX / OX separation Factor was 20.6, and PX permeability was 3.37×10^-7mol/(m²·s·Pa). After modified the MFI zeolite membrane by trimethylorthoxysilane (TMES), H₂ / CO₂ separation factor increased from 3.5 to 7.76, and the hydrogen permeability was 1.33×10^-7mol/(m²·s·Pa).

Key words: Membrane Separation Technology; MFI Zeolite Membrane ; PX / OX Separation; H₂ / CO₂ Separation

摘要 I

Abstract II

第一章文献综述 1

1.1 研究背景 1

1.2 膜分离技术 2

1.2.1 膜分离技术应用 2

1.2.2 气体分离原理 3

1.3 膜材料及膜制备 3

1.3.1 沸石分子筛 4

1.3.2 MFI分子筛膜的制备 4

1.3.3 MFI分子筛膜的修饰 6

1.3.4 多孔支撑体 7

1.4课题研究内容和思路 8

第二章 MFI分子筛膜的制备和测试 9

2.1 实验试剂和仪器 9

2.2 MFI分子筛膜制备 10

2.3 PX/OX分离测试方法及装置流程 10

2.4 三甲基乙氧基硅烷（TMES）修饰 11

第三章结果与讨论 13

3.1 PX/OX分离实验数据分析和结果讨论 13

3.1.1温度影响 13

3.1.2 吹扫气流量影响 14

3.1.3 稀释气流量影响 15

3.2 硅烷修饰数据分析及结果讨论 15

3.3 SEM表征 17

第四章总结与展望 18

4.1 总结 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 23

第一章文献综述

1.1 研究背景

煤推动了蒸汽机，把人们从繁重的工作中解放了出来；石油等能源推动了内燃机的发展，使全球的往来更加紧密。当前人们使用的各种衣食住行用品都离不开能源资源的开发使用，由此可见，人类离不开能源。但是，随着化石能源的使用，环境日益被破坏，人们迫切需要一种新的绿色能源来取代化石能源。目前所开发的新型绿色能源(如太阳能、风能、水能等)受限于天气、地理位置等自然因素和设备复杂、占地大等自身因素无法大量开采使用，而氢能凭借其来源广泛、无污染等特性从而被当前社会所重视,是未来的理想环保能源之一，对整个社会的可持续发展具有深远的战略意义。绿色环保二次能源、化工原料的加氢反应、金属氧化物的还原冶炼、电子芯片制造、氢化食用油、浮法玻璃制备、航空航天等都离不开氢气的使用。如今各行各业对氢气的纯度要求也越来越高，许多学者已经投入到氢气的制取和分离提纯技术研究上。

目前，行业上用来提纯的氢气来源气主要是石油炼厂尾气，炼厂气的杂质组分和含量组合多种多样，不同的分离技术得到的氢气纯度和生产效率也是各有偏重。下表1-1为氢气分离方法比较，数据来自日本宇部公司。

表1-1氢气分离方法比较

过程

氢回收率（％）

产品氢浓度（vol％）

功率（KW）

冷却水（T/h）

投资费用