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《ts1沸石催化膜的制備與氧化反應性能研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、大連理工大學碩士學位論文引言催化膜及膜反應器過程的研究具有多學科性,近年來已經吸引了許多學科的研究者進行這一領域的研究,這些學科包括材料科學,化學和生物學,生物化學工程等。膜反應器系統,不僅僅是把膜分離單元與化學反應器簡單地組合起來,而是通過一定方式,把這兩個單元相互耦合起來,從而對分離效率、選擇性和產率產生潛在的增強性能。這種組合使過程更加緊湊,設備投資更小,操作費用會降低。在過去20年內,這一技術概念引起了全世界研究和過程開發(fā)的關注。膜反應器的應用已從最初的單純的分離作用發(fā)展到催化和分離集于一身,應用范圍也大大擴展,在脫氫反應,加氫反應,氧化反應等催化
2、反應領域有廣泛地應用。膜反應器與生物工程結合可以制備膜生物反應器,在廢水的生物轉化,精細生物制品等領域也有廣泛地應用。近年來,將膜反應器與微反應器結合起來,組裝微型膜反應器用于催化應用,也取得了一定的進展。綜上所述,表明膜反應器已經成為一種具有廣泛應用前景的過程操作,對其的研究具有經濟上和戰(zhàn)略上的意義。但是膜反應器要全面實現商業(yè)化,仍需要研究更穩(wěn)定和更有效的膜。其中對膜材料的選擇,及膜材料生產成本的控制,膜反應器的過程設計和反應器的分析,仍需進行大量的研究工作。本論文采用以具有獨特催化氧化活性的TS-1沸石膜作為膜反應器的膜材料,研究了其制備條件,并組裝循
3、環(huán)管膜反應器及微型膜反應器,進行了膜反應器催化性能的研究,提供了一種具體組裝膜反應器的思路和方法。TS-1沸石催化膜的制各與氧化反應性能研究1文獻綜述1.1膜催化技術概述膜催化技術的概念是從60年代提出來的,最初的設想是將反應和分離兩個彼此獨立的單元過程合并為一個單元操作,使化工系統擺脫繁雜的反應混合物分離系統成為可能。最近二三十年,膜催化的技術得到迅速發(fā)展,該技術已經成為當今催化學科的前沿,具有十分重要的工業(yè)應用價值,它可能引起化學工業(yè)中某些工業(yè)技術的變革和突破性發(fā)展,被譽為催化學科未來三大發(fā)展方向之一(分子水平的均相催化。分子篩的擇型催化,膜催化)。膜
4、催化技術發(fā)展到現在,從剛剮開始的簡單的反應器和分離器的串聯,變成材料科學,催化科學,生物學,化學和生物化學工程等多學科交叉的膜反應器系統。最初的膜反應器,僅僅是反應器和膜分離器的簡單串聯,膜的作用只是將反應產物移走,打破可逆反應的熱力學平衡,提高反應產率,現在發(fā)展到膜具有催化功能,本身能夠催化反應進行。應用的領域得到極大的擴展【j】口早期的膜反應器大多采用有機膜,一般應用于低溫反應。由于工業(yè)上許多催化工程要求在高溫和非??量痰幕瘜W反應條件下進行,對于該類反應過程,采用膜催化技術對膜材料提出很高的要求。20世紀80年代,隨著無機膜產品的出現及其制備技術的不斷
5、提高,人們對無機膜反應器的研究也取得了很大的進展,新的膜材料使膜反應器也開始了實質性的研究進展。無機膜具有耐高溫穩(wěn)定性,優(yōu)良的化學和機械穩(wěn)定性,使其在膜反應器這一領域,相對有機膜具有更多的優(yōu)勢田。沸石分子篩膜是由分子篩共生所得到的有載體膜或無載體膜,屬于無機膜的一種,它具有一般無機膜的特性,不但滿足膜反應器苛刻的化學反應條件要求,且繼承了分子篩的特點,使它具有更為突出的優(yōu)點[31。如膜孔徑尺寸大小接近分子尺寸、且均一,從而可提供很高的分離選擇性,直孔道能使物質快速擴散,較高的環(huán)境穩(wěn)定性可用于苛刻的環(huán)境,沸石晶內孔可以修飾從而增強其吸附滲透性能,更重要的是,
6、沸石本身是一種催化劑,制成的沸石膜反應器具有催化的功能,這為膜反應器的應用提供了廣闊的前景。1.1.1膜反應器的定義和組裝方法膜反應器是~個比較廣泛的概念,且有多種形式,并且隨著研究的進展,它的內涵和外延在不斷地擴展。一般來說,利用有機膜或者無機膜的某種特性組裝成的反應器都可以稱為膜反應器。膜在膜反應器中可以起到分離或者催化作用,分隔或者僅僅是維持大連理工大學碩士學位論文兩相平衡及相間擴散的一個界面,控制反應物的輸入,反應與反應的耦合,相問傳遞的強化,反應分離過程集成等。這種特性能達到提高反應速率,改善反應選擇性,近二十年來,人們對膜反應器的開發(fā)研究進行了
7、大量工作,提出不同的組裝思路,開發(fā)出了多種多樣的膜反應器。組裝膜反應器的方法很多,根據催化劑、膜層、載體的結合方式,膜反應器主要有4種組裝方式,如圖1.1所示。圖1.1a采用將催化劑顆?;蛐∏蛘辰Y在膜表面的方法,催化劑顆粒起到催化作用,下層膜可以分離產物。圖1.1b采用直接在載體上涂敷或者生長一層膜的方法。該層膜可以起到分離或者催化的作用。圖1.1c是將催化活性組分嵌入到膜層內部,使原本只具有分離作用的膜層具有了催化活性。圖1.1d采用組裝復合膜層的方法,上層膜具有催化功能,下層膜用于分離。膜反應器單元的結合方式比較靈活,膜層可以具有催化活性或者選擇分離性
8、,或者二者兼有,還可以將分離膜層和催化膜層組裝成復合膜層。㈤面面b