1. 研究目的与意义
近年来，随着我国经济快速发展，对能源的需求与日俱增。我国每年消耗大量的化石能源，这导致了极高的碳排放和严重的环境污染。天然气作为一种较为清洁的能源，是减少碳排放的有效途径。天然气中含有的杂质如co2必须脱除，传统的脱除方法是胺吸收法，但其设备投资大、维护复杂、容易造成二次污染，因此迫切需要一种节能环保的分离技术。
分离技术对于化学工业非常重要，其所用能源占化工行业总能耗的一半，占全世界总能耗的10%～ 15%。且80%的分离过程严重依赖高成本热基工艺。为节约能源，需对热基工艺进行能源优化或专研新的分离工艺。膜分离技术能耗仅为热基工艺的十分之一，且有环境相容性好、占地面积小、连续运行等优点，是一种有前途的分离技术。膜分离技术作为一种净化液体和气体的经济高效的工具，已成为众多应用中的关键处理步骤。膜应用领域的发展和应用范围的扩张促进了膜技术的发展。膜分离技术的通用流程是用有选择性的渗透膜，在一侧施加压力，使分离的物质分子有选择地通过膜实现分离和被分离，在保证分离率的同时降低环境污染，具有绿色可持续性。膜分离技术有很好的发展前景，在生物化学和石油化工领域应用相对成熟，最早应用于液相分离，后来也用于气相分离，替代了大量的蒸馏和精馏过程，既减少了排放，也节约了人力和物力。膜分离又分为微滤、超滤、纳滤、反渗透和电渗析等过程。我国膜分离技术起步于20世纪60年代，在2001年后得到发展提升，如今我国膜工业体系已初步建立并逐步完善。我国陆续出台了一系列政策以促进这一新兴产业的发展：在“十一五”规划中，新材料与节能环保两大新兴产业的规划均包括了膜分离技术；在“十二五”规划中，正式将膜材料列为规划内容，并明确提出膜发展的三大目标；在“十三五”规划中，提出将高通量纳滤膜、高性能反渗透膜及污水治理和海水淡化用特种膜用于水处理的发展规划等。膜分离技术在原有优势的基础上获得政府的大力支持，相关激励政策的出台也在一定程度上促进了其在节能环保、新材料等领域的广泛使用[1]。目前，高分子膜占主导地位，但是由于其材料本身的局限性不适用于苛刻的分离环境如高二氧化碳含量的天然气净化、强有机溶剂分离(如甲醇碳酸二甲酯的分离过程)等。分子筛膜具有均匀的分子尺度孔道、极佳的稳定性、优异的分离性能等优点，在很多重要的工业分离过程中具有广阔的应用前景。分子筛膜与传统的精馏吸收等分离技术相比，具有能耗低、经济性高等特点，可大幅降低分离成本，在高二氧化碳含量气田的开发中有着巨大的应用前景。
近二十年来，分子筛膜的研究有较大进展，已经广泛的应用在各种领域中[2]。但分子筛膜的工业化应用并不理想，主要受制于其高昂的成本(原料和合成)和有待提高的分离性能(通量和选择性)。分子筛膜合成需要昂贵的有机模板剂［3］。除此之外，现有的分子筛膜通常较厚，这会导致较高的传质阻力，降低分子筛膜的通量，造成分子筛膜性能下降。这些问题极大的阻碍了分子筛膜的应用[4]。
分子筛膜是生长在载体表面上的一层连续的分子筛膜层，可利用其均一的微孔、可调的吸附性能来实现液体和气体混合物的分离[5]。与传统的高分子膜相比较而言，分子筛膜具有高热稳定性、耐酸耐碱、高机械强度等优点，因此它可以用于苛刻的分离环境。此外，分子筛膜还具有比表面积大、孔径均一等优点。分子筛膜主要利用择形性和吸附性来实现多组分的分离。其中择形性是指分子筛的孔道均一，当料液进入分子筛孔道时，小于分子筛孔道的物质可以顺利通过，而大于分子筛的孔道则会留下来，从而达到选择分离的目的[6]。近二十年来，分子筛膜的研究有较大进展，如mfi、cha（含sapo-34、全硅cha和ssz-13）、ddr、lta（naa型）分子筛膜等，在天然气的净化（co2/ch4分离，n2/ch4分离）、溶剂分离等领域[7-9]有着广阔的应用前景。分子筛膜和分子筛的合成方法大体相同，而分子筛合成路线的研究可以追溯到20世纪，当时richard barrer通过水热法合成出了p和q两种分子筛[10,11]。从那时起，水热法就成为了人工合成分子筛的首选方法。目前，研究者们合成的分子筛种类已经超过两百多种。分子筛通常是在碱性条件下，由二氧化硅和铝酸盐凝胶水热合成，而分子筛膜是由分子筛晶体在多孔载体管的表面通过原位生长形成的连续膜状结构。分子筛膜的典型的制备方法是原位合成法和二次生长法。
2. 研究内容和预期目标
1、主要研究内容
本项目主要围绕中空纤维cha分子筛膜的制备开展研究。在前期工作基础上，采用中性ph环境进行cha分子筛与分子筛膜的合成，表征其在有机溶剂脱水中的分离性能或气体分离性能。本文将研究不同合成方法和时间等对cha分子筛膜微观结构和分离性能的影响，同时考察所制备的cha分子筛膜的稳定性，为中空纤维cha分子筛膜用于溶剂脱水提供必要的参考。
2、预期目标
3. 研究的方法与步骤
研究方法：调查法、观察法、实验法和文献研究法。
研究步骤：先通过一定的调研确定研究课题，搜索相关文献资料（包括分子筛与分子筛膜的发展历史背景，分子筛与分子筛膜的制备方法、表征手段、合成液计算方法和膜分离性能研究等）；制定研究策略；做好实验前的准备事项；学习cha分子筛与分子筛膜的制备流程；进行cha分子筛与分子筛膜的制备及表征；进行cha分子筛与分子筛膜的性能测试；撰写研究报告。
4. 参考文献
［1］李旭珂.膜分离技术及其应用发展[j].农业与技术,2017,37(14):48,55.
［2］de meis d. overview on porous inorganic membranes for gas separation[m]. enea, 2017.
［3］gascon j, kapteijn f, zornoza b, et al. practical approach to zeolitic membranes and coatings:state of the art, opportunities, barriers, and future perspectives[j]. chemistry of materials, 2012,24(15): 2829–2844.
5. 计划与进度安排
1. 3月1日-3月8日 完成外文翻译，阅读相关文献；
2. 3月10日-4月16日 学习cha分子筛与分子筛膜的制备流程；制备出具有良好分离性能的cha分子筛膜。
3. 4月20日-5月1日 cha分子筛膜分离性能表征实验及cha分子筛膜微结构表征；
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