在不同压差下的流速，然后测量氮气的，通过流速可以知道每一秒通过膜的氮气或者氧气的物质的量，根据物质的量就可以知道每秒通过单位面积分离膜的氮气或者氧气的物质的量，即通过量)。然后按下面的公式计算理想分离因子α。
[0027]分离因子a = (Pa/Pb) / (pa/pb)
[0028]上式中，Pa、Pb分别代表透过膜的a，b组分的透过量，P a、Pb分别代表原料气中a，b组分的分压，a代表O2，b代表N2。
[0029]图4:实施例1、2合成的无机微孔氮氧分离膜在不同压力差下对02/N2的理想分离系数曲线。
[0030]因此当OjPN2的分压比为1:1时，即通过控制图3中气体质量流量控制器2使O2和N2流量为1:1，即使那么根据上式便可计算出如图4所示压力差与理想分离因子之间的关系曲线，图4中的两条曲线均接近直线，可知按照实施例1、2的方法合成的无机微孔氮氧分离膜是连续完整没有缺陷的，此外在反应釜中垂直生长的分子筛膜比水平生长的分子筛膜具有更加优秀的分离能力，这是因为垂直放置在反应釜中时，分子筛膜生长得更加均匀，因而能够提高分子筛膜对混合气体的分离能力，另外从图中可以知道，垂直生长与水平生长的分子筛膜均对氧气具有选择透过性，水平生长的分子筛膜的平均分离因子为1.40，垂直生长的分子筛膜的平均分离因子为1.62，而相应的努森扩散理想分离因子为0.94，按照实施例1、2合成的分子筛膜对氧气和氮气混合气体的理想分离能力远大于相应的努森扩散因子，具有实际应用价值。
【具体实施方式】
[0031]下面结合具体实验方案和附图阐述本发明的技术特点，但本发明并不局限于此。下面实施例所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述仪器及材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0032]实施例1:
[0033]制备无机微孔氮氧分离膜材料
[0034]步骤1:A型分子筛晶种的制备:
[0035]步骤1.1:在I号烧杯中加入氢氧化钠2.356g，偏铝酸钠0.568g，纯净水6.672g，室温下搅拌均匀，得到反应液I ;
[0036]步骤1.2:将10.445g硅酸钠溶液加入到反应液I中，得到反应液2，反应液2在25°C下搅拌陈化 24h ;有效成份摩尔比 Si02:Al 203:Na 20 -H2O = 20:1:18:380。
[0037]步骤1.3:在2号烧杯中加入氢氧化钠2.064g，偏铝酸钠5.604g，纯净水30.74g，在室温下搅拌均匀后，将反应液2加入到2号烧杯中，剧烈搅拌15min后，得到反应液3，将反应液3装入到45mL高压反应釜中，在100°C下反应4个小时；有效成份摩尔比Si02:Al 203:Na2O:H20 = 2:1:4:100。
[0038]步骤1.4:将步骤1.3反应物取出，冷却至室温，用漏斗进行过滤，然后用纯净水洗涤产物至中性，再放入100°c烘箱中烘干后得到分子筛晶种。
[0039]步骤2:A型分子筛晶种溶液的制备
[0040]取步骤I所得到的分子筛固体粉末0.75g加入到1mL纯净水中，超声分散15分钟，获得质量浓度为0.075g/mL的晶种乳浊液。
[0041]步骤3:在经过预处理的不锈钢网上涂覆晶种
[0042]步骤3.1:载体不锈钢网的预处理:
[0043]将4cm2的325目不锈钢网放入50mL烧杯中，加入25mL去离子水和2mL市售洗洁精，超声处理15分钟，拿出后放入另一空的50mL烧杯中，加入去离子水15mL，超声处理15分钟，倒掉烧杯中的液体后，重复加入去离子水起超声清洗步骤3次。取出后放入80°C烘箱中干燥3小时，得到清洗好的载体不锈钢网。
[0044]步骤3.2:在经过处理的不锈钢网上涂覆分子筛晶种:
[0045]将清洗过的干净不锈钢网载体放入1mL晶种溶液中超声处理15分钟，取出并在电炉上烘干，使不锈钢网两面都均匀地涂抹上第一层晶种，然后将载体再次浸入到晶种溶液中15分钟，取出并在电炉上烘干，重复上述步骤20次，根据实际涂布时的均匀程度重复超声步骤4次，直至不锈钢网两面都均匀地涂抹上晶种溶液。
[0046]步骤4: 二次生长:
[0047]步骤4.1:在I号烧杯中加入氢氧化钠2.0g,偏铝酸钠1.2g，纯净水80mL，搅拌均匀，得到反应液4 ；
[0048]步骤4.2:在2号烧杯中加入硅酸钠1.2g，纯净水80mL，搅拌均匀，得到反应液5 ；
[0049]步骤4.3:将反应液5加入到反应液4中，剧烈搅拌30分钟后，得到反应液6，有效成份摩尔比为 S12-Al 203:Na 20 -H2O = 0.5:1:4.8:1178。将 20mL 反应液 6 加入到 45mL 反应釜中，然后将涂覆有晶种的不锈钢网水平放在反应釜底部，在100°C下反应2天，反应结束后取出载体冷却至室温，用纯净水洗至中性，放入80°C烘箱烘干。
[0050]步骤5:分子筛分离膜的活化
[0051]将载体放入到真空罐中，抽真空至15Pa，然后在I小时内程序升温到100°C，并在100°C下保持12个小时，再自然冷却到室温，在载体表面得到去除客体分子且活化的无机微孔氮氧分离膜。
[0052]实施例2
[0053]制造无机微孔氮氧分离膜材料
[0054]本实施例无机微孔氮氧分离膜材料的制造方法与实施例1基本相同，不同之处为二次生长时，涂有晶种的不锈钢垂直放置在反应釜中。
【主权项】
1.一种无机微孔氮氧分离膜的制备方法，其步骤如下: (1)分子筛晶种的制备 a、将氢氧化钠溶液、偏铝酸钠溶液和纯净水混合均匀，再将娃酸钠溶液加入到上述混合溶液中，使有效成份的摩尔比为S12-Al 203:Na20 -H2O = 5?50:1:1?30:100?500 ;搅拌均匀后在10?50°C下陈化12?72h ； b、将氢氧化钠溶液、偏铝酸钠溶液和纯净水混合均匀，将步骤a制得的溶液加入其中，使有效成份的摩尔比为S12-Al 203:Na 20 -H2O = I?10:1?5:2?10:50?200 ;然后在反应釜中加热至80?150°C，并反应I?12h ;反应液冷却至室温后过滤，用纯净水将粉末洗至pH = 6?7，再在50?100°C下干燥后即得分子筛晶种粉末； (2)将步骤(I)所得到的分子筛晶种粉末与纯净水混合，超声分散5?30分钟，配制成浓度为0.05?0.lg/mL的晶种溶液； (3)将载体浸入到步骤(2)制得的晶种溶液中超声处理10?30分钟，取出烘干，使载体两面都均匀地涂抹上一层晶种溶液；重复载体浸入晶种溶液、取出烘干步骤10?50次，根据涂布时晶种溶液的均匀程度重复超声过程3?5次，直至载体两面都均匀地涂抹上晶种溶液； (4)将上述制备得到的涂抹有晶种溶液的载体浸入到有效成份摩尔比为S12M203:Na2O:H20 = 0.1?5:1:1.5?7.5:500?2500的硅酸钠、偏铝酸钠、氢氧化钠和水的混合液中，在80?150°C下反应2?10天，然后将载体取出后冷却至室温；用纯净水洗至pH =6?7，50?100°C下烘干； (5)将步骤(4)得到的载体放入到10?20Pa的真空环境中，在I?5小时内升温到100?200°C，并保持5?12个小时，然后再自然冷却到室温，从而在载体表面得到去除客体分子且活化的无机微孔氮氧分离膜。
2.如权利要求1所述的一种无机微孔氮氧分离膜的制备方法，其特征在于:步骤(3)中所述的载体是300?600目不锈钢网，不锈钢网载体经预处理后使用。
3.如权利要求2所述的一种无机微孔氮氧分离膜的制备方法，其特征在于:不锈钢网载体的预处理是将I?5cm2的载体放入烧杯中，加入20?40mL去离子水和I?4mL洗涤剂，超声清洗10?30分钟；载体取出后放入另一空的烧杯中，加入去离子水10?50mL，超声清洗10?15分钟；倒掉烧杯中的液体后，再加入去离子水10?50mL，超声清洗10?15分钟；重复加入去离子水超声清洗步骤3?5次，最后取出后70?100°C下干燥I?6小时，即得到预处理过的载体。
4.一种无机微孔氮氧分离膜，其特征在于:由权利要求1?3任何一项所述的方法制备得到。
【专利摘要】一种由NaA型分子筛构成的无机微孔氮氧分离膜及其制备方法，属于无机微孔膜材料技术领域。本发明使用一种新型的晶种涂布方法，即超声涂布与浸泡涂布相结合的方法，通过这种方法能够在较短的时间内实现大面积载体的涂布，并且这样方法制得的晶种层厚度均匀，可以实现机械化操作。另外，通过理想气体分离测试可知，通过本发明所述方法制造的无机微孔氮氧分离膜材料能够在常温下实现对O2/N2混合气体的分离，由于膜材料具有比粉体材料更好的工艺可塑性和分离效率，因此这种无机微孔氮氧分离膜材料可以用于不同类型的医用制氧机，并提高相应制氧效率。
【IPC分类】B01D67-00, B01D53-22, B01D71-02
【公开号】CN104826499
【申请号】CN201510217481
【发明人】薛铭, 卫国英, 裘式纶
【申请人】吉林大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月30日