Цеолитные NaA мембраны на металлокерамических подложках для абсолютирования и каталитической дегидратации спиртов

• Автор: Федосов, Даниил Александрович
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Содержание

1. Введение.

2. Обзор литературы.

2.1. Мембранные процессы

2.2. Классификация мембран

2.3. Цсолитные мембраны

2.3.1. Получение цсолитных мембран.

2.3.2. Механизмы переноса через цсолитные мембраны.

2.3.3. Разделение газов на цеолитиых мембранах.

2.3.4. Псрвапорация через гидрофильные цеолитные мембраны

2.4. Обезвоживание органических веществ на цсолитных мембранах.

2.5. Мембраннокаталитические процессы.
2.5.1. Мембраннокаталитические реакторы для селективного удаления продуктов
2.5.2. Мембранный реактор для распределенной подачи реагента.
2.5.3. Мембранные реакторы для контроля взаимодействия реагентов.
2.5.4. Молекулярноситовые мембранные реакгора.
3. Экспериментальная часть.
3.1. Кристаллизация цеолитного слоя ЫаА на металлокерамической подложке.
3.2. Физикохимическая характеристика образцов.
3.2.1. Ренттенофазовый анализ
3.2.2. Сканирующая электронная микроскопия.
3.3. Мембранный реактор
3.4. Тест на газопроницаемость.
3.5. Разделение смесей водаорганический компонент.
3.6. Мембраннокаталитический процесс
3.7. Хроматографический анализ.
3.8. Характеристики использованных веществ.
4. Обсуждение результатов
4.1. Получение и физикохимическая характеристика цеолитного слоя ЫаА на металлокерамической подложке
4.1.1. Характеристика подложки
4.1.2. Получение цеолитного слоя ИаА
4.2. Оптимизация количества стадий синтеза мембран по параметрам разделения водаэтанол.
4.3. Определение толщины цеолитного слоя по первапорационным данным.
4.4. Влияние условий перваиорационного процесса на показатели разделения
4.4.1. Влияние температуры
4.4.2. Влияние состава сырья
4.4.3. Влияние давления сырьевого потока
4.5. Масштабирование синтеза цеолитных 04 мембран па металлокерамической подложке
4.6. Первапорационное абсолютирование этанола.
4.7. Разделение водноорганических смесей.
4.8. Применение цеолитных ЫяА мембран в мембраннокаталитических процессах дегидратации спиртов
4.8.1. Дегидратация метанола в диметиловый эфир.
4.8.2. Дегидратация пропанола2 в пропилен
4.8.3. Дегидратацияциклизация бутандиола1,4 в тетрагидрофураи.
5. Выводы.
Список литературы


Хс1х движущая сила, как градиент величины X по координате х, перпендикулярной поверхности мембраны. Таким образом, мембранные процессы можно классифицировать по типу движущей силы баромембранные, с движущей силой за счет разности концентраций, термомембранные и элсктромембрапные. К микрофильтрации относятся процессы, в которых необходимо задерживать частицы размером более 0 нм. В этом случае необходимы мембраны с открытой пористостью и низкое гидростатическое давление АР 0,1 2 бар для достижения высоких потоков. Особенностью ультрафильтрации является более плотная структура мембраны, необходимая для фильтрации меныпих частиц, например макромолекул, и как следствие, здесь необходимо создавать большее давление сырья АР 1 5 бар для преодоления гидродинамического сопротивления. Электродиализ применим, когда в системе присутствуют заряженные частицы, поскольку движущей силой является разность элеюрических потенциалов, а в качестве селективного барьера используются ионизированные или заряженные мембраны. В газоразделительпых установках используются два различных типа мембран плотные и пористые мембраны. Первые могут быть изготовлены как из полимерных материалов, например, полидиметилсилоксан, применяемый в разделении компонентов воздуха 2, так и из металла, например, палладий и его сплавы для мембранного выделения водорода 3. В обоих случаях транспорт через них идет по механизму растворениядиффузии. В микропористых газоразделительных мембранах, например из оксида алюминия или оксида кремния, реализуется либо диффузия по Киудсену, либо активационная диффузия 4. Более сложный в осуществлении процесс перваиорации относят к процессам второго поколения. Первапорация мембранное разделение с фазовым переходом от жидкости в сырьевом потоке к пару в пермеате. Таким образом, к аппарату должно подводиться тепло в количестве не меньшем, чем теплота испарения проникающего компонента. Недавним достижением в области первапорационной технологии является внедрение цеолитных ИаД мембран для эффективного обезвоживания органических веществ, особенно топливного этанола 5. Мембранная дистилляция заключается в испарении растворителя с высокотемпературной стороны микропористой мембраны, прохождении паров через поры мембраны за счет разницы в парциальных давлениях на разных сторонах мембраны и конденсации на низкотемпературной стороне 1. Благодаря отсутствию транспорта жидкости в мембранной дистилляции такие компоненты водных растворов, как соли, макромолекулы, не способные к испарению и диффузии через мембрану, полностью остаются в ретеитате. Если вместо микропористой мембраны используется плотная, го разделение происходит по иному механизму, и процесс называется термоосмосом. В данном случае не происходит фазовых переходов. Когда движущей силой является разность концентраций с разных сторон гомогенной мембраны, процесс называется диализом. Разделение происходит за счет различных скоростей диффузии компонентов в селективном слое мембраны, что обусловлено различием молекулярных масс. Данный метод разделения широко применяется в медицине. Довольно специфическим является разделение с помощью жидкой пленки между двумя фазами, в которой один из компонентов растворим и переносится путем диффузии. Для усиления транспорта в жидкую мембрану иногда добавляют веществопереносчик. С помощью жидких мембран можно решить такие задачи, как удаление катионов например, Н2, РЬ, анионов ЫОз,
и42 , газов II2Э из природного газа, органических молекул фенола из сточных вод. В данном обзоре литературы будет уделено особое внимание газоразделению, перванорации и мембраннокаталитическим технологиям, поскольку именно эти процессы с участием цеолитных ЫаЛ мембран были исследованы в настоящей работе. Согласно одному из наиболее общих типов классификации мембран различают два больших класса биологических и синтетических мембран. В этой работе обсуждение будет ограничено классом синтетических мембран, поскольку к нему принадлежат исследуемые цеолитные мембраны. Среди твердых синтетических мембран выделяют два типа симметричные и асиммефичныс рис.