第50卷第3期2021年3月
盐科学与化工
Journal of Salt Science and Chemical Industry47
SAPO-34分子筛膜应用于反渗透脱盐的可行性研究 张欣1，马来波2，王亮2，张琦2
(1.中国汽车技术研究中心有限公司，天津300300；2.自然资源部天津海水
淡化与综合利用研究所，天津300192)
摘要：文章系统介绍了用于分子筛膜在反渗透分离水盐体系的研究进展，并分析了SAPO-34分子筛膜应用于反渗透脱盐的可行性。对如何消除或减少晶间缺陷，获得高结构稳 定、无缺陷的SAPO-34分子筛膜进行详细介绍。
关键词：SAPO-34分子筛膜；反渗透；脱盐
中图分类号:TQ028.4文献标识码:A文章编号：2096-3408(2021)03-0047-03
Feasibility study on SAPO-34ZeoOte Membrane
in Reverse Osmosie Desalination
ZHANG Xin1,MA Lai-bo2,WANG Liang2,ZHANG Qi2
(1.China Automotive Technology and Research Center Co.,Ltd,Tianjin300300,China;
2.The Instituie of Seewater Desalination and Multipurpose Utilization,MNR(Tianjin),
Tianjia300192,China)
Abstract:The research progress of zeolite membranes in reverse osmosis separation of water-salt system were introduced in this article,and the feasibility of SAPO-34zeolite membrane in re
verse osmosis desalination was analyzed.How te eliminate or reduce the inter-crystalline defects and
obtain a SAPO-34zeolite membrane with high structural stabiIty and defecc-free were introduced
in d4eaii.
Key wordt:SAPO-34zeolite membrane；Reverse osmosis；Desalination
1前言
沸石分子筛膜是将沸石分子筛共生而形成的连续而均匀的无机膜，因其具有规整有序的孔道结构和孔径分布，可实现分子尺度上对不同动力学半径的分子进行选择性分离，并可提高反渗透脱盐的选择渗透性。通常分子筛会选择在表面均匀、平均孔径较小的多孔载体表面连续均一生长，使分子筛的孔道为唯一可供气体或反应物分子的透过路径，并制备具有理想分离性能的分子筛膜。迄今为止，人们已经在不同载体上合成20多种分子筛膜，如LTA、FAU、MFI、BEA、CHA、FER、MOR、MCM-41等。目前，应用于水溶液反渗透脱盐的分子筛膜从MFI型拓展到SOD、LTA、FAU、EMT、HEU等结构类型[1_5]o Kumakiri等[6]制备了A型分子筛膜，用于乙醇一水体系的反渗透浓缩处理。2001年,Lin-7〕等模拟了NaCi溶液在纯硅ZK-4型分子筛膜中的扩散行为，在Na f的水合离子(0.8nm~1.1nm)与孔道(0.42nm)的筛分作用下, Na+的截留率达到100%。通过原位水热晶化方法在!-AI2O3载体上合成MFI分子筛膜，热稳定性好，在700kPa和室温下，海水中(0.3%TDS)中Ca2f、My2f、Na f截留率均大于93%[8],
2SAPO-34分子筛膜可行性分析
SAPO-34分子筛膜作为一种小孔沸石分子筛膜，其分子筛的平均孔径为0.38nm，均小于0.40nm。
收稿日期&2021-01-25
基金项目：中央级公益性科研院所专项资金项目(K-JBYWF-2017-T07)
作者简介：张欣(1985—)，女，山东潍坊人，博士研究生，主要从事膜材料及油品排放研究工作。：189****2819,zhanyxindhs@163
无底鞋
第50卷第3期
2021年3月48盐科学与化工
根据SAPO-34分子筛的筛分作用可将氢气和其它小分子气体或者不同化合物有效分离开来,SAPO-34分子筛膜在气体分离（CO&、H&、N&、CH-以及轻质烷桂等）、元素分离、液体分离等领域具有重要的应用研究价值［9'11］o目前，国内对SAPO-34分子筛膜用于海水反渗透脱盐的报道较少。Duke-12〕分析了SAPO-34分子筛膜用于水溶液反渗透脱盐的潜在可行性。SAPO-34分子筛的结构式为！SixAlyPz）O&，其中，x=0.01-0.98,y=0.01-0.60,z=0.01-0.98, X+z=y，孔径为0.38nm，海水中主要离子水合Na*、Cl-以及水分子等，其中水分子尺寸为0.276nm、水合Na+和C-+的尺寸为0.716nm和0.664nm。可知具有规整小孔孔道结构、高稳定性的SAPO-34分子筛膜可适用于海水的反渗透脱盐。
由于晶体生长的不连续性和高温后处理中载体与分子筛层之间的热应力等原因，分子筛膜的晶间缺陷
难以避免。在膜分离过程中，混合物通过缺陷“短路”扩散至膜的渗透侧，减弱或消除分子筛孔道筛分效应，从而对膜分离性能有显著影响。此时过程的选择性主要由静电作用提供。但这种静电作用受溶液离子强度影响严重，溶液离子强度较高时，覆盖晶间缺陷的双电层厚度减小，静电作用降低，离子的截留率下降。气体渗透分离、离子截留率e-13-15〕、N2吸附测定结果［16］均表明了晶间缺陷的存在制备的分子筛膜具有微孔和介孔结构特征。如何削减或减少分子筛膜的缺陷，提高膜的渗透选择性，是获得高结构稳定、无缺陷的分子筛膜的关键。由于晶间缺陷的存在，分子筛膜与纳滤膜处在大致类似的分离水平上，还不足以对海水进行反渗透脱盐处理。
对消除或减少SAPO-34分子筛膜晶间缺陷的合成或改性方法并应用在气体分离上均有研究报道［17-18］。Yu-19〕等采用分子层沉积法制备无晶间缺陷的多孔AI2O3/SAPO-34复合膜，使比/%选择性高达1040，而纯SAPO-34分子筛膜下的选择性仅为8，表明晶间缺陷常存在于制膜过程当中；为修饰大孔载体表面缺陷,Das等-20-21］在用阳离子型聚合物壳聚糖修饰的粘土氧化铝载体管上制备SAPO-34分子筛膜，室温下F/CO的选择性为5.88；后又在经TEOS修饰的粘土氧化锡载体上制备出具有导向性的SAPO-34分子筛膜，室温下F/CO及H2/N2的选择性分别可达16.66和20.91，具有较高稳定性。对MFI分子筛膜的晶间修复比较典型且成功应用的是采用硅烷偶联试剂膜的缺陷进行识别或利用低聚物金属阳离子对MFI型分子筛膜的缺陷进行修复。以上均表明晶间缺陷的识别与修复、载体的选择及修饰对形成均一连续的SAPO-34分子筛膜及优异的反渗透性能起到至关重要的作用。3结论
综上所述,SAPO-34分子筛膜虽然在气体分离领域表现出优异性能，但合成出无晶间缺陷、连续、致密、高效能的SAPO-34分子筛膜并将其应用于海水反渗透脱盐领域仍具有很大难度。可从膜制备过程中的结构调控、晶间缺陷的修复两方面展开相关研究，探索SAPO-34分子筛膜用于海水反渗透脱盐的可行性，并开发出结构稳定性高和无缺陷的SAPO-34分子筛膜。
［参考文献］
-1.Dukee M.C.,O'Brien一Abrahamb J.,Milnee N.,et al.Seawater Desalination Performance of MFI Type Membranes Made by Seconday Growth-J..Sepaation and Puafication Technology,2009,68(3)：343—350.
-2.Chowdhury S.R,Lanare J.De.,Vatchev V.Synthesis and Structural Chaaaoieaozaioon ooEMT-iypeMembaane and TheoaPeaooamanoeon Nanoooyiaaioon eXpeaomeni-J..JouanayooMembaaneScoence,2008, 314(1-2)：200—205.
-3.Hajavi Sheida.,Kapteijn Free'.,Jansen J C.Synthesis oi Thin Defect --ree Hydroxysodalite Membranes:New Candifate foe AcOvated Wa-tee Permeation-J..Joumat of Membrane Science,2007,299(1-2): 63-72.
-
隧道式搪瓷烧结炉
4.Khaavi S., Jansen J.C,Kapteijn F.Production oi Ultrapura Wateo by DesWination oi Seawater Usiny a Hydroxy Sodalite Membrane-J..
JouanaiooM4mbaan4Sconc,2010,356(1-2)：52-57.
-5.Malekpoua,A.,Millani.M.R.,Kheirkhah.M.Synthesis and Chamcteo-izaion oi a Na A Zeolite Membrane and Its Applications for Desalination oi Radioactiva Solutions-J..Destination,2008,225(1—3): 199-208.
-6.Kumakiia I.,Yamaguchi T.,Shin-ichi Nakao.Appilcation of a Zeolite
A Membrane te Reverse Osmosis Process-J..Journt oi Chemicai
柱面投影Engineering oi Japan,2000,33(2)：333-336.
-7.Lin Jerra.,Murad S.A Computer Simulation Study of the Sepaation oi Aqueous Solutions Using thin Zeolite Membranes-J..Molecular Physics,2001,99(14)：1175-1181.
-8.Li X.,Joseph E.Remias.,James K.Neathea-,et ai.NF/RO Faujasite ZeoioeeMembaane-ammonoaAbsoapeoon SoiieneHybaod Syseem ooa Potentiai Post—combustion CO2Capture Application-J..Journt oi Membrane Sciencc,2011,366(1-2)：220-228.
-9.TaioaaoA.,DaoooE.Zeooeemembaanes-J..Adianced Maeeaoas, 1999,11(12)：975—996.
-10.Jugal Kishore D w and Nandini Das.Mercaptoundecanoic Acid
张欣，等:SAPO-34分子筛膜应用于反渗透脱盐的可行性研究49
Capped Palladium Nanoparticles in a SAPO-34Membrane:A Solution for Enhancement of H&/CO&Separation Efficiency]J].Applied materiUs and interfaces,2014,6：20717-20722.
[11]Yiuei Luo,Hans H.Funke.,et al.Adsorption of CO&,CH-,C3H8,
and H&O in SSZ-13,SAPO-34,and T-type zeolites-J].Industrial and Engineeang Chemistrf Research,2016,55：9749-9757. -12]Mikel C.Duke,Bo Zhu,Cara M.Doherty,et al.Strnctural effects on SAPO-34and ZIF-8materiUs exposed te seawatec solutions,and their potential as desalinaion membranes-J].Desalination,2016 (377)：128-137.
[13]Yao J.,Zeng C.,Zhang L,et al.Vapor phase transport synthesis of
SAPO-34films on cordierite honeycombs-J].Materials Chemistry and Physio,2008,112(2)：637—640.
-14]Cho C.H.,Oh K.Y.,Kim S.K.,et al.Pervaporative Seawater Desalination Using Na A Zeolite Membrane:Mechanisms of High Water Flux and High Sait Rejection-J].Journai of Membrane Science, 2011,371(1-2)：226-238.
[15]Li L.,Dong J.,NenoffTina M.,et ai.Desalination by Reverse Osmosii
Using MFI Zeolite Membranes-J].Journai of Membrane Science, 2004,243(1-2)：401-404.
[16]Kazemimoghadam M., Mohammadi T.Synthesis of MFI Zeolite Mem
branes Water Desalination-J].Desalination,2007,206(1-3)：
547-553.
[17]Li L.,Li N,Brian M,et ai.Infuence of Counter Ions on the Revere
Osmosis through MFI Zeolite Membranes:Implications for Produced Water Desalination-J].Desalination,2008,228(1-3)：217-225.
[18]DongJ.,LoL.,TonaM.N.Desaionaeoon aeseaach Paogae s[M].
一气学院
Chapter XII I:MFI Zeolite Membranes for Reverse Osmosis Desalina-hon：EEi^ct and Modification of16x0-crystalline Pores.New York,
NoeaScoencePubiosheas,2008：373-388.
[19]Yu M.,Funke H.H.,Noble R.D.,et ai.H2separation using defect-
oaee,onoaganoccomposoemembaanes[J].JouanaiooheAmeaocan Chemicai Society,2011,133(6)：1748-1750.
[20]DasJ.K.,DasN.,BandyopadhyayS.Hogh>yseeceoeeSAPO-34
membaaneon suaoacemodoooed cay-aumonaeubu>aasuppoaeooa H2CCO2sepa aa eoon[J].Ineeanaeoona Jouana ooHydaogen Eneagy, 2012,37(13)：10354-10364.
[21]DasJ.K.,DasN.,BandyopadhyayS.Hogh>yoaoeneed ompaoeed SAPO
-34membaaneon>owcosesuppoaeooahydaogen gassepaaaeoon[J].
Jouana ooMaeeaoasChemoseayA,2013,1(16)：4966-4973.vga连接器
(编辑：崔树芝)
(上接第46页)
4小结
对于深水浮式平台，立管外侧覆盖的螺旋列板式涡激振动抑制装置受安装方式以及材质性能影响，对立管内的物流产生隔热作用，从而在一定程度上影响立管内物流与海水之间的传热，导致立管终端温度产生变化。如果在设计初期忽略此因素，将在实际生产中对半潜平台的工艺处理设施产生巨大影响，从而影响浮式半潜平台的重量、重心。因此，在设计类似平台时，前期设计应充分考虑各方因素，最大程度降低后续设计对浮式平台稳性的影响，
[参考文献]
[1]杨加栋，张晓灵，杜宝银，等.螺旋列板-深水立管涡激振动抑
制装置-J].海洋技术,2010,12(4):88-92.
[2]孑L令滨，张火明，陈阳波，等.深海立管涡激振动及其抑制方法
研究[J]•中国计量大学学报,2017,28⑵：153-158.
[3]吴浩，孙大鹏.深海立管涡激振动被动抑制措施的研究-J]•中
国海洋平台,2009,24(4):1-8.
[4]沙勇，曹静，张恩勇，等.抑制涡激振动的螺旋列板设计参数研究
[J].海洋工程,2013,31(1)：43-48.
[5]曲晶璃，杨晶，孙晓峰，等.整流罩对深海立管水动力影响的数值
模拟研究-J]•船舶工程,2018,40(1):17-20,112.
[6]尹铁男，姚海元，邓道明，等.考虑焦汤效应等因素的两相管流热
力学模型-J]•石油化工高等学校学报,2011,10(5)：73-76.氮化铬铁
(编辑：崔树芝)
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