由于具有规整的三维孔道结构和良好的热稳定性及水热稳定性,MFI型分子筛膜受到研究者的广泛关注。MFI型分子筛膜的用途十分广泛,它可以被用于膜催化反应器、传感器等,也可以用于气体或液体分离设备等,还可以用作防腐材料、绝缘材料等。目前制备的MFI型分子筛膜的分离因子一般在50左右,在走向工业化进程中仍有提升的空间;一般采用二次生长法制备MFI型分子筛膜层,为契合工业化发展需求,需要采用更加便捷环保的方法制备膜层。针对以上两个关键问题,本论文以廉价的大孔氧化铝管为载体,在合成液中引入碱金属离子,提高了膜层的分离性能,并对其作用进行了分析;同时采用碱诱导界面原位水热合成法,环保高效地制备了较高性能的MFI型分子筛膜。(1)钠离子对MFI型分子筛膜分离性能的影响在合成液中引入不同含量的Na+离子,制备了高质量的MFI型分子筛膜。通过运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、元素分析(EDX)、红外(IR)、热重分析(TG)、水接触角测试(CA)、渗透汽化(PV)和气体透过测试等方法,系统地讨论了在MFI型分子筛膜的合成过程中,Na+离子对膜层的分离性能、生长和疏水性能等的影响。研究发现,少量Na+离子(Na+/Si≤0.1)所合成的膜层更加致密、更加疏水,使膜层分离因子明显提升;而过量的Na+离子(例如,Na+/Si=0.5)会抑制成核,导致凝胶颗粒的形成,因此降低膜层的分离性能。在60℃C下分离5wt%乙醇溶液时,合成液中不加Na+离子时,膜层分离因子只有52;当合成液中Na+/Si摩尔比为0.1时,膜层的分离因子提升到76。不同碱金属离子对膜层的影响不同。K+离子在合成过程中起到的作用和Na+离子类似,加入少量K+离子也可以提升膜层分离性能;而少量Cs+离子在合成过程中的作用和大量Na+离子接近,会严重阻碍合成液的成核。对于碱土金属离子而言,大多数会与碱性合成液形成沉淀,因而合成的膜层分离性能较差。(2)碱诱导界面原位水热合成MFI型分子筛膜本论文提出了一种MFI型分子筛膜原位水热合成的新方法。运用碱诱导,即通过浸润碱液、擦涂及干燥的方式,使载体中均匀分布碱,采用中性合成液(二氧化硅、四丙基溴化铵、水、碱金属盐),在载体表面原位水热合成MFI型分子筛膜层。系统地讨论了浸渍液碱浓度、涂碱条件、合成液组成和合成时间的影响,并提出了碱诱导界面原位水热合成的机理。载体表面的碱液可以提供成核位点,并促进晶体的成核与膜层的生长。当浸渍液碱浓度增加时,膜质量越来越大,膜层越来越致密,分离性能逐渐提升,在浸渍液碱浓度为1.5 mol·L-1时膜层分离因子达到66,通量为1.03 kg·m-2·h-1。但当浸渍液碱浓度继续增加,膜质量逐渐达到稳定,分离性能也达到稳定。钾离子可以促进硅源解聚,加速晶体与膜层的生长,其他碱金属离子如钠离子也有类似的作用,但效果低于钾离子。在合成过程中,中性合成液首先和载体表面及近表面孔道处的碱液接触,碱液提供成核位点,因此载体孔道处及表面迅速形成很多小晶体;之后,晶体逐渐生长,并不断连生,形成较致密的膜层。随后,致密层上部会形成近c轴取向膜层,随着合成时间的增加膜层越来越致密,最终使膜层达到较好的分离性能。本方法采用中性合成液,合成后溶液也近中性,具有绿色环保性;原位水热合成的方法较为简便,且能在有缺陷载体表面获得高性能分离膜,具有工业化应用前景。