“沸石”是结晶多孔铝硅酸盐的总称。普通天然沸石具有四面体四配位硅和铝共享氧形成骨架,阳离子保留在结构内以补偿铝部分的电荷平衡。此外,可以根据构成元素控制孔径和亲水性/疏水性,并且因为它具有均匀的亚纳米孔,所以它被用作吸附材料和分离膜构件。
在实验室中,合成了不含铝和阳离子作为构成元素的全硅沸石,并评估了它们对各种气体分子的吸附性能。例如,阐明了具有八元氧环的全二氧化硅CHA型沸石(Si-CHA)在高压区域吸附大量CO 2并且不受共存水蒸气的影响。研究人员还证实, CO 2可以从CO 2 /N 2和CO 2 /H 2的混合气体中以高选择性分离(图)。 当将该吸附剂应用于高压气体的变压吸附(PSA)时,吸附操作后恢复到常压即可回收高浓度CO 2 ,不需要真空泵和除湿设备,因此,有望在CO 2分离回收过程中实现节能降耗 。
沸石均匀的孔隙可以作为筛分分子的空间场。沸石骨架结构约有200种,根据分离对象选择沸石种类,可适用于各种分离体系。为了将其应用于分离膜,必须使沸石晶体均匀致密地变薄,以免出现膜缺陷(图)。为此,有必要了解沸石的形成机理并建立形貌控制方法。
我们实验室正在研发一种沸石膜,它可以从甲基环己烷脱氢反应产生的混合气体中选择性分离氢气。甲基环己烷的脱氢反应产生甲苯和氢气的混合气体。为了从这种混合气体中选择性地分离氢气,需要形成孔径介于氢分子直径和甲苯分子直径之间的沸石膜。目前,我们正在研究选择具有最佳结构的沸石种类及其成膜条件,并评估其作为氢分离膜的适用性。