“Zeolite”是結晶多孔鋁硅酸鹽的總稱。普通天然沸石具有四面體四配位硅和鋁共享氧形成骨架,陽離子保留在結構內以補償鋁部分的電荷平衡。此外,可以根據構成元素控制孔徑和親水性/疏水性,并且因為它具有均勻的亞納米孔,所以它被用作吸附材料和分離膜構件。
在實驗室中,合成了不含鋁和陽離子作為構成元素的全硅沸石,并評估了它們對各種氣體分子的吸附性能。例如,闡明了具有八元氧環的全二氧化硅CHA型沸石(Si-CHA)在高壓區域吸附大量CO?2并且不受共存水蒸氣的影響。研究人員還證實, CO?2可以從CO?2?/N?2和CO?2?/H?2的混合氣體中以高選擇性分離(圖)。?當將該吸附劑應用于高壓氣體的變壓吸附(PSA)時,吸附操作后恢復到常壓即可回收高濃度CO 2 ,不需要真空泵和除濕設備,因此,有望在CO?2分離回收過程中實現節能降耗 。
沸石均勻的孔隙可以作為篩分分子的空間場。沸石骨架結構約有200種,根據分離對象選擇沸石種類,可適用于各種分離體系。為了將其應用于分離膜,必須使沸石晶體均勻致密地變薄,以免出現膜缺陷(圖)。為此,有必要了解沸石的形成機理并建立形貌控制方法。
我們實驗室正在研發一種沸石膜,它可以從甲基環己烷脫氫反應產生的混合氣體中選擇性分離氫氣。甲基環己烷的脫氫反應產生甲苯和氫氣的混合氣體。為了從這種混合氣體中選擇性地分離氫氣,需要形成孔徑介于氫分子直徑和甲苯分子直徑之間的沸石膜。目前,我們正在研究選擇具有最佳結構的沸石種類及其成膜條件,并評估其作為氫分離膜的適用性。