專利名稱：沸石膜及其制備方法和其用于水脫鹽的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沸石膜及其制備方法和沸石膜用于水脫鹽的用途。
背景技術(shù)：
淡水供應(yīng)一直是相當(dāng)部分的世界人民的巨大關(guān)注。天然淡水資源是有限的并且變化多端。在世界上的部分地區(qū)，淡水缺乏和/或淡水供應(yīng)無常已經(jīng)導(dǎo)致大規(guī)模水脫鹽廠的發(fā)展，所述水脫鹽廠從海水中除鹽以生產(chǎn)淡水。大規(guī)模的脫鹽通常需要大量能量以及專用且昂貴的基礎(chǔ)設(shè)施，使其與使用來自河流或地下水的淡水相比成本極高。大規(guī)模脫鹽項目經(jīng)常使用反滲透來從海水或微咸水中除鹽。海水反滲透是利用壓力迫使海水通過膜來進(jìn)行的。膜在一側(cè)保留溶質(zhì)(即鹽)并允許純?nèi)軇?即水)穿過膜至另一側(cè)。因此，反滲透是通過施加超過滲透壓的壓力來迫使溶劑從高溶質(zhì)濃度區(qū)域穿過膜至低溶質(zhì)濃度區(qū)域的過程。反滲透是反向滲透，在不施加外部壓力時，滲透是溶劑從低溶質(zhì)濃度區(qū)域穿過膜至高溶質(zhì)濃度區(qū)域的自然移動。目前用于反滲透的膜在聚合物基質(zhì)中具有致密阻擋層，在其中發(fā)生水-鹽分離。 在多數(shù)情況下，膜設(shè)計為僅允許水穿過致密層，同時防止鹽離子穿過。該過程通常需要對膜的高濃度側(cè)施加壓力，對于海水通常為4000-7000kPa(600-1000psi)，以克服通常約為 2400kPa(350psi)的天然滲透壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及對于利用反滲透進(jìn)行海水脫鹽出乎意料地有效的新型沸石膜。沸石膜能夠具有高水通量率(flux rate)和高離子截留百分率。此外，沸石膜耐受高溫和化學(xué)苛刻條件并且具有相對長的使用壽命。本發(fā)明的沸石膜是利用沉積在載體材料上的沸石晶種制造的。晶種隨后在二次生長步驟中進(jìn)一步生長以形成具有共生顆粒的膜。膜的孔尺寸和厚度選擇為產(chǎn)生適合用于水脫鹽的沸石膜。具體而言，膜的沸石部分的厚度和沸石晶體的孔尺寸選擇為允許水以相對高的通量率流過膜，同時阻止溶解的離子(例如鈉)。為了實現(xiàn)相對高的水通量率，沸石膜的孔直徑為約3埃-8埃、更優(yōu)選4埃-7埃、 最優(yōu)選約4. 5埃-6埃。該孔直徑允許水以相對高的通量流過，同時防止溶解的離子(在水中)流過孔。海水中的陽離子和其它原子通常在原子尺度上小于水。但是，當(dāng)溶解在水中時，溶劑化離子與水結(jié)合形成離子-水絡(luò)合物(即溶解的離子在溶劑中非游離)。離子-水絡(luò)合物顯著大于未結(jié)合的水。例如，[Na(H2O)x] +具有約0.8-1. Onm的有效尺寸，這遠(yuǎn)大于水。沸石膜通過提供允許相對高的水通量率同時選擇性截留溶解離子的孔尺寸來選擇性地過濾水中的溶解離子。沸石層的厚度也有利于高通量。在一個實施方案中，沸石層的厚度為約Iym-約 300 μ m，這可通過利用下述沸石晶種顆粒來實現(xiàn)。
本發(fā)明的一個實施方案包括一種制備適合利用反滲透進(jìn)行水脫鹽的沸石膜的方法。該方法包括提供載體材料(例如玻璃料glass frit)，然后在載體材料上沉積多個晶種顆粒以形成中間負(fù)載沸石(intermediate supported zeolite)。中間的晶種顆粒是孔尺寸為約3-8埃的沸石晶體。中間負(fù)載沸石與沸石反應(yīng)混合物合并，并且晶種顆粒進(jìn)一步生長。 允許晶種顆粒生長進(jìn)入彼此內(nèi)，由此形成沸石膜。在一個優(yōu)選實施方案中，膜的沸石層的厚度保持在提供高通量率同時仍實現(xiàn)所需的離子截留選擇性的期望范圍內(nèi)。在一個實施方案中，沸石層的厚度可為約Iym-約 300 μ m,更優(yōu)選約10 μ m-約200 μ m,最優(yōu)選約15 μ m-約100 μ m。沸石層的厚度通?？赏ㄟ^在載體上提供所需密度的晶種并進(jìn)行晶種顆粒的二次生長直至達(dá)到所需厚度來進(jìn)行控制。 沸石膜的厚度(即包括載體和沸石層)可為約lmm-20mm，更優(yōu)選約2mm_約10mm，最優(yōu)選約 3mm-約 5mm ο本發(fā)明的沸石膜用于利用反滲透對鹽水進(jìn)行脫鹽。反滲透是通過將鹽水置于本發(fā)明的沸石膜的一側(cè)并施加跨膜壓力差來進(jìn)行的。壓力差導(dǎo)致水滲透通過膜。但是，由于沸石結(jié)構(gòu)的尺寸排除作用，溶解的離子被膜截留(即保留在膜的鹽水側(cè))。壓力量可取決于鹽水中的溶解離子濃度并且可超過跨膜滲透壓。例如，對于鹽濃度為約3. 5wt%的海水而言， 跨膜力(例如真空壓力)可為約20kPa-約20MPa。在一個替代實施方案中，跨膜壓力(即負(fù)壓或正壓)為至少約200psi，可選擇至少約400psi，或至少約800psi。使用低壓力和實現(xiàn)相對高的通量率的能力對于水脫鹽的經(jīng)濟性有利。但是，高壓力可能對于實現(xiàn)非常高的流量有利。根據(jù)以下說明和所附權(quán)利要求書將更全面地認(rèn)識本發(fā)明的這些或其它特征。


為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點，通過參考附圖中所示的本發(fā)明的具體實施方案來對本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。應(yīng)該理解的是，這些附圖只是說明本發(fā)明的實施方案，因而不應(yīng)被認(rèn)為是對其范圍的限制。將通過利用附圖對本發(fā)明進(jìn)行更具體和詳細(xì)的說明和解釋，在附圖中圖1為利用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的沸石膜來進(jìn)行反滲透的示例性系統(tǒng)的示意圖；圖2A-2C是根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案制造的沸石膜的高分辨率TEM圖像；圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方案制造的沸石膜的高分辨率TEM圖像；圖4是示出水通量與壓力之間的關(guān)系的圖。示例性實施方案的詳述本發(fā)明涉及通過反滲透有效進(jìn)行水脫鹽的新型沸石膜。沸石膜能夠具有出乎意料地高的水通量率和出乎意料地高的離子截留百分率。沸石膜是利用沉積在載體材料上的沸石晶種制造的。晶種隨后在二次生長步驟中進(jìn)一步生長以形成具有共生顆粒的膜。沸石膜的孔尺寸為約3埃-8埃。沸石膜被認(rèn)為通過基于尺寸允許水流過膜，同時阻止水合離子 (即尺寸排除)來促進(jìn)脫鹽。本發(fā)明的沸石膜由載體材料、沸石晶種、沸石反應(yīng)混合物和溶劑制成。I.用于制造膜的組分
A.載體材料載體材料提供用于沉積晶種的表面，晶種隨后生長形成膜。載體材料的孔隙率通常足夠高，從而對通過膜的水通量沒有或幾乎沒有限制。載體材料可為其上可沉積晶種的任意多孔無機材料。載體材料的表面積優(yōu)選為約Icm2-約200cm2，更優(yōu)選約km2-約100cm2。 在一個實施方案中，載體的孔直徑為約Iym-約100 μ m，更優(yōu)選約5 μ m-約60 μ m。合適的載體材料的實例包括玻璃料、不銹鋼網(wǎng)、α-Α1203和銅網(wǎng)。載體的厚度可為任意厚度，只要提供所需強度而不顯著降低通量即可。例如，載體的厚度可為約0. 5mm-約500mm，更優(yōu)選約 Imm-約 200mm。B.沸石晶種沸石晶種是沸石的小晶粒。沸石晶種由可用作二次生長模板以形成本發(fā)明沸石膜的沸石材料制成?？墒褂萌我夥惺灰惺哂兴璧奈⒔Y(jié)構(gòu)和化學(xué)組成以實現(xiàn)適合進(jìn)行水脫鹽的所需通量和離子截留率即可。通常，沸石具有由Si4+和Al3+與四個氧原子進(jìn)行四面體配位的四面體絡(luò)合物組成的基礎(chǔ)單元。(SiO4)和(AlO4)-的四面體單元通過共享氧原子而彼此連接以形成三維網(wǎng)絡(luò)。 該網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生分子尺度的通道和孔洞。在沸石材料的通道和孔洞內(nèi)部具有水分子和帶電的補償陽離子。在初級四面體結(jié)構(gòu)之間的各種可能的連接決定不同的沸石結(jié)構(gòu)，其可具有不同的表面積、孔尺寸和/或孔形狀。除了硅和鋁之外，也可在晶格位置中引入其它原子。各種化學(xué)計量的Si02、Al2O3和其它氧化物得到各種沸石。一種被關(guān)注用于水脫鹽的沸石是kolite Socony Mobil_5 (SM-5)或ZSM-5。ZSM-5沸石是負(fù)載的MFI型沸石。 ZSM-5沸石的最終結(jié)構(gòu)具有包括基礎(chǔ)官能團Al203、Si&和Nii2O的晶格構(gòu)型。其它適合用于本發(fā)明的沸石材料包括沸石A、沸石P和沸石SP034。在一些情況下，SiO2Al2O3摩爾比是沸石將具有的性質(zhì)的有用性指標(biāo)。在本發(fā)明的一個實施方案中，沸石的SiO2Al2O3摩爾比為約10-約500，更優(yōu)選約50-約400，最優(yōu)選約100-約300。增加SiO2Al2O3比會增加通量，同時降低陽離子截留率。相反，降低SiO2/ Al2O3比會降低通量并且增加陽離子截留。在沸石膜的制造過程中，晶種顆粒提供晶體生長的模板。因此，沸石晶種顆粒應(yīng)該具有適合提供沸石膜中所需晶體特性的晶體結(jié)構(gòu)和孔尺寸。沸石晶種顆粒的孔尺寸可為約 3埃-約8埃，更優(yōu)選4埃-約7埃，最優(yōu)選約4. 5埃-約6埃。所提供的沸石晶種顆粒的尺寸有利于在溶劑中懸浮和/或顆粒沉積在載體材料上。在一個實施方案中，沸石晶種顆粒的粒徑為約20nm-約500nm，更優(yōu)選約50nm-約 300nmo沸石晶種顆?？衫萌我饧夹g(shù)制造，只要該技術(shù)賦予在載體材料上沉積晶種顆粒和進(jìn)行二次生長以產(chǎn)生沸石膜所需的期望化學(xué)組成、孔尺寸和/或粒徑即可。通常，晶種由與用于進(jìn)行二次生長相同或相似的組分(即反應(yīng)混合物)制造。C.沸石反應(yīng)混合物從沸石反應(yīng)混合物中生長沸石膜。沸石反應(yīng)混合物包括增大沸石晶種顆粒所需的組分。通常，反應(yīng)混合物選擇為生長與沸石晶種相同或非常相似的沸石。例如，當(dāng)沸石晶種包括silicalite-l、ZSM-5、沸石A、沸石P或沸石SPOm中的一種或多種時，反應(yīng)混合物是產(chǎn)生相同或相似類型沸石的沸石前體。
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在一個實施方案中，沸石反應(yīng)混合物可包括以下物質(zhì)中的一種或多種堿例如但不限于氫氧化鈉、模板劑例如但不限于四正丙基氫氧化銨(TPAOH)、二氧化硅源例如但不限于硅酸四乙酯(TEOS)和鋁源例如但不限于十八水合硫酸鋁(Al2 (S04)3· ISH2O)以及溶劑例如去離子水。在一個實施方案中，反應(yīng)混合物包括制備ZSM-5材料的前體。例如，ZSM-5可利用以下配方制備:0. INaOH/1. 62TPA0H/6. lTE0S/552H20/0. 022-0. IlAl2 (SO4) 3 · 18H20。以下是適合制備silicalite-1的反應(yīng)混合物的一個實例0. 32TPA0H/1. 0TE0S/165H20。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉用于生長在制備本發(fā)明的沸石膜中有用的沸石材料的合適反應(yīng)混合物。D.溶劑在本發(fā)明的一個實施方案中，沸石晶種可分散在溶劑中以促進(jìn)沸石晶種在載體材料上的沉積。可以使用與載體材料和沸石晶種相容的任何溶劑或溶劑和/或分散劑的組合。適用于本發(fā)明的溶劑的實例包括水和/或醇例如乙醇或丙醇。II.沸石膜的制備方法本發(fā)明的沸石膜通過實施以下步驟中的全部或部分來制備(i)提供載體材料， (ii)形成沸石晶種的懸浮液，(iii)在載體材料上沉積沸石晶種顆粒以形成中間負(fù)載沸石，(iv)將中間負(fù)載沸石與沸石反應(yīng)混合物合并以及使晶種生長形成沸石膜。A.形成中間負(fù)載沸石中間負(fù)載沸石通過制備包括沸石晶種顆粒、溶劑和任選的分散劑的懸浮液而制成。在一個實施方案中，晶種顆粒懸浮液通過將一種或多種類型的沸石晶種顆粒和一種或多種溶劑與諸如NH4OH的堿混合在一起以防止晶種顆粒團聚來制備。沸石晶種顆粒的懸浮液的濃度可為約5g/l-約100g/l，更優(yōu)選約10g/l-約40g/l。中間負(fù)載沸石通過用沸石顆粒懸浮液浸漬載體材料來制備。通常，載體材料在使用前進(jìn)行洗滌和/或干燥。使沸石晶種顆粒的懸浮液與載體材料接觸，并且允許或使得懸浮液中的溶劑蒸發(fā)從而使晶種顆粒留在載體材料表面上。晶種顆粒的沉積可以反復(fù)進(jìn)行一次或多次以在載體材料上得到所需的顆粒濃度。在一個實施方案中，載體材料上的晶種顆粒濃度為約10g/l-約200g/l，更優(yōu)選約20g/l-約100g/l。任選地，可以在載體材料與晶種顆粒懸浮液接觸之前將載體材料(例如用水或其它合適溶劑)潤濕以控制晶種顆粒沉積的位置。潤濕的載體材料具有充滿溶劑的孔，這使得晶種顆粒更難以被吸入或擴散到孔中(與干燥的載體相比)。對載體材料進(jìn)行潤濕導(dǎo)致使用較少的晶種顆粒并確保載體材料保持高孔隙率。B.生長晶種顆粒以形成膜沸石膜通過使中間負(fù)載沸石與適于沸石晶種顆粒生長成較大尺寸的沸石反應(yīng)混合物接觸而形成。通常，沸石反應(yīng)混合物的組成選擇為生成與晶種顆?；鞠嗤姆惺牧?。利用適合沸石生長的條件來生長沸石晶種顆粒。在一個實施方案中，沸石生長在約130°C -約180°C，更優(yōu)選約140°C -約170°C的溫度下進(jìn)行約1天-約5天。沸石晶種顆粒的二次生長被允許連續(xù)生長直至晶體形成具有共生沸石晶體的連續(xù)膜為止。連續(xù)的沸石膜的厚度通常為約1 μ m-約300 μ m,更優(yōu)選約10 μ m-約200 μ m，最優(yōu)選約15μπι-約100 μ m。
在晶種顆粒的二次生長過程中，晶種顆粒充當(dāng)沸石生長的模板。在二次生長過程中形成的沸石趨于形成與晶種相同的結(jié)晶材料。因此，通過選擇適當(dāng)?shù)木ХN和適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)混合物，可以嚴(yán)密控制沸石膜的孔尺寸和化學(xué)組成。利用晶種，負(fù)載結(jié)構(gòu)可易于形成所需的微晶特性。使用載體材料有利于形成相對大的膜，其可用于大規(guī)模的水脫鹽。利用均勻分布在載體表面上的晶種顆粒，可以生長非常薄的完整膜。本發(fā)明的膜的薄度對本發(fā)明的膜可實現(xiàn)的高通量率具有顯著貢獻(xiàn)。雖然沸石膜的總厚度可顯著大于沸石層，但是額外的厚度是由于載體材料所致，載體材料具有顯著大于沸石層的孔直徑。因此，可制造厚的載體以賦予膜結(jié)構(gòu)完整性、強度和耐久性，同時不會不必要地降低通量率。III.膜用于水脫鹽的用途 根據(jù)本發(fā)明制造的沸石膜可用于采用反滲透的鹽水脫鹽。該膜可用于具有被該膜隔開的兩個隔室或容器的任何設(shè)備中。使包含溶解離子和水的鹽水與沸石膜接觸并對鹽水施加壓力以迫使水穿過膜從而進(jìn)行反滲透。施加至膜的壓力可以是在膜的鹽水側(cè)的正壓或在膜的滲透物側(cè)的負(fù)壓(即真空)。圖1是適合使用沸石膜進(jìn)行反滲透的設(shè)備的示意圖。設(shè)備10包括含有根據(jù)本發(fā)明的沸石膜14的膜隔室12。膜隔室12與進(jìn)料管線16相連。可利用泵18使鹽水流過進(jìn)料管線16。進(jìn)料管線16與殼體20相連，而殼體20與鹽水庫22流體連通。鹽水庫22可以是貯存容器或鹽水源，例如海水體。膜隔室12允許鹽水與膜14接觸。鹽水中的水滲透通過膜14并生成收集在容器 24中的純水(即滲透物)。為了提高水穿過膜14的通量，可以利用泵18向膜施加額外壓力(即在重力以外)。與排放管線觀相連的閥32可用于控制管線16中的壓力。作為選擇或除此之外，可在滲透物管線34上設(shè)置真空泵沈以在膜14的滲透物側(cè)產(chǎn)生真空壓力。當(dāng)水滲透通過膜14時，殼體20中的溶解離子的濃度增加并形成濃鹽水。通過排放管線觀將濃鹽水移離上述膜14并且可將其暫時貯存在濃鹽水槽30中。出乎意料的是，可以利用極小的壓力來實施反滲透。在一個實施方案中，可通過重力提供反滲透壓力。但是，如果希望進(jìn)行快速反滲透，則可以利用壓力來進(jìn)行反滲透。在一個實施方案中，施加至膜14的壓力可為約20kPa-約20MPa。更優(yōu)選的是，跨膜壓力可以為約1. OMPa-約15MPa或約2. OMPa-約lOMPa。在一個替代實施方案中，跨膜壓力可為至少約 200psi，可選至少約400psi或至少約800psi。出乎意料的是，在這些壓力下可實現(xiàn)的流量可以相當(dāng)高。水通量通常與跨膜壓力存在線性關(guān)系。在一個實施方案中，水通量為等式y(tǒng) = 0. 019x-2. 5567y限定的水通量的約 5Kg/m2內(nèi)，其中y為以Kg/m2為單位的水通量，χ為以磅/平方英寸為單位的跨膜壓力。更優(yōu)選地，通量為在至少約200psi下，更優(yōu)選在至少約400psi下，根據(jù)前述等式的水通量的 5. OKg/m2內(nèi)。作為替代方案，前述范圍的水通量在至少約5. OKg/m2內(nèi)。圖4示出說明水通量與壓力之間的前述關(guān)系的圖。IV.實施例實施例1 制造 silicalite-1 膜實施例1描述制造適用于水脫鹽的Silicalite沸石膜的方法。在特氟隆內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)在140°C下向8ml TEOS中加入TPAOH溶液(16g ;15. 4% )。M小時后，得到尺寸為150nm的MFI (silicalite)納米晶種。通過將晶種顆粒與水混合并利用NH3水溶液調(diào)節(jié)溶液PH至10來制備沸石晶種顆粒的懸浮液(20g/L)。pH調(diào)節(jié)至10有助于防止晶種顆粒在懸浮液中團聚在一起。使用孔尺寸20 μ m的粗玻璃料作為載體并在超聲振蕩下用去離子水洗滌5次并在 85°C下干燥。接著將玻璃料潤濕，并隨后通過逐滴添加立刻涂覆晶種懸浮液。僅需要少量的晶種懸浮液，并且快速蒸發(fā)含水層以在玻璃料表面上僅留下晶種沉積物。晶種涂覆步驟重復(fù)兩次以生成中間負(fù)載沸石。隨后，將中間負(fù)載沸石垂直安放在具有用于二次沸石生長的沸石反應(yīng)混合物的特氟隆內(nèi)襯的高壓釜內(nèi)。所用的反應(yīng)混合物為0. 32TPA0H/1.0TE0S/165H20，并且反應(yīng)在170°C 下進(jìn)行3天。晶種生長形成具有直徑0.51nm的孔結(jié)構(gòu)的共生沸石膜。隨后將該膜用蒸餾水洗滌并在80°C下干燥。將該膜在550°C下燒結(jié)8小時以除去有機模板。容易地且可重復(fù)地得到高品質(zhì)、無裂紋的漏斗形沸石膜，其中高于40%的膜表現(xiàn)出所需的通量和選擇性。在圖2A-2C中示出實施例1的膜的高分辨率SEM圖像。實施例2 使用膜進(jìn)行水脫鹽實施例2描述使用實施例1的膜進(jìn)行采用反滲透的海水脫鹽的方法。利用反滲透測試根據(jù)實施例1的方法制造的多個膜。在室溫和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下進(jìn)行反滲透實驗。制備含 3. 5%NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2m溶液。利用ICP分析濾出液以分析離子含量。通過在滲透前后稱重液氮冷阱來測量滲透物的量。每次分離實驗進(jìn)行約7-8小時。在分離實驗之后， 將膜用蒸餾水洗滌并干燥以用于下一次實驗。分離特征可在通量和陽離子截留方面限定如下通量=P/(SXT)，陽離子截留(R) = (Cw-CiteVCw，其中P表示滲透物的量(Kg)， S表示膜面積(m2)，T為滲透時間(小時)。(_和Citsft分別表示進(jìn)料和滲透物溶液中的離子濃度。結(jié)果示于下表1。表 權(quán)利要求
1.一種用于制造適合利用反滲透進(jìn)行水脫鹽的沸石膜的方法，包括提供載體材料；提供在所述載體材料上的沸石層形成中使用的多個沸石晶種顆粒，所述載體材料上的沸石層適用于利用反滲透進(jìn)行水脫鹽，所述沸石晶種顆粒包括孔直徑為約3埃-約8埃的沸石晶體；在所述載體材料上沉積所述沸石晶種顆粒以形成中間負(fù)載沸石以備用于形成所述沸石層；和通過將所述中間負(fù)載沸石與沸石反應(yīng)混合物合并，并且在適合沸石晶體生長的條件下使所述沸石晶種顆粒生長來進(jìn)行所述沸石晶種顆粒的二次生長，以在所述載體材料上形成所述沸石層，并由此形成沸石膜，所述沸石膜包括所述載體材料和所述沸石層，所述沸石層的厚度為約1微米-約300微米，并且其孔直徑使得沸石膜具有適合水脫鹽的通量和離子截留率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沸石層的厚度為約10微米-約200微米。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述載體材料為玻璃料、不銹鋼網(wǎng)、α-Al2O3、銅網(wǎng)或其組合。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沸石晶種顆粒的尺寸為約20nm-約500nm。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沸石晶種顆粒提供在晶種顆粒懸浮液中，其中沉積所述晶種顆粒包括使所述晶種顆粒懸浮液與所述載體材料接觸。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述懸浮液中的所述沸石晶種顆粒的濃度為約5g/ 1-約 100g/l。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述沸石晶種顆粒以約10g/l-約200g/l的濃度沉積在所述載體材料上。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述載體材料在所述沸石晶種顆粒懸浮液與所述載體材料接觸之前被潤濕，由此限制所述沸石晶種顆粒在所述載體內(nèi)的吸收。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沸石反應(yīng)混合物的二氧化硅與氧化鋁的比率為約 10-約 500。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述載體材料的孔直徑為約1微米-約100微米。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述沸石晶種顆粒選自siliCalite-l、ZSM-5、沸石 A、沸石P、沸石SPO34及其組合。
12.一種用于制造適合利用反滲透進(jìn)行水脫鹽的沸石膜的方法，包括提供載體材料；提供在所述載體材料上的沸石層形成中使用的多個沸石晶種顆粒，所述載體材料上的沸石層適用于利用反滲透進(jìn)行水脫鹽，所述沸石晶種顆粒包括孔直徑為約3埃-約8埃的沸石；在所述載體材料上沉積所述沸石晶種顆粒以形成中間負(fù)載沸石以備用于形成所述沸石層；和通過將所述中間負(fù)載沸石與沸石反應(yīng)混合物合并，并且在適合沸石晶體生長的條件下使所述沸石晶種顆粒生長來進(jìn)行所述沸石晶種顆粒的二次生長，以在所述載體材料上形成所述沸石層，并由此形成沸石膜，所述沸石膜包括所述載體材料和所述沸石層，所述沸石層的厚度大于約15微米，所述沸石膜的厚度大于約1mm，并且其孔直徑為約3埃-約8埃，這允許水以高通量率流過所述沸石膜，同時阻止溶解的水溶離子穿過所述沸石膜。
13.一種用于制造適合利用反滲透進(jìn)行水脫鹽的沸石膜的方法，包括 提供載體材料；提供在所述載體材料上的沸石層形成中使用的多個沸石晶種顆粒，所述載體材料上的沸石層適用于利用反滲透進(jìn)行水脫鹽，所述沸石晶種顆粒包括孔直徑為約3-約8埃的沸石；在所述載體材料上沉積所述沸石晶種顆粒以形成中間負(fù)載沸石以備用于形成所述沸石層；和通過將所述中間負(fù)載沸石與沸石反應(yīng)混合物合并，并且在適合沸石晶體生長的條件下、在高于約130°C的溫度下使所述沸石晶種顆粒生長來進(jìn)行所述沸石晶種顆粒的二次生長，以在所述載體材料上形成所述沸石層，并由此形成沸石膜，所述沸石膜包括所述載體材料和所述沸石層，所述沸石膜具有用以提供適合進(jìn)行水脫鹽的通量和離子截留率的厚度和孔直徑。
14.一種用于反滲透水脫鹽的沸石膜，包括 載體材料；多個多孔沸石晶體，其共生在一起以形成負(fù)載在所述載體材料上的沸石層，所述沸石層具有約3埃-約8埃的孔直徑和約1微米-約300微米的厚度，其中所述孔直徑和所述厚度的沸石膜允許水以高通量率流過所述沸石膜，同時阻止溶解的水溶離子穿過所述沸石膜。
15.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述沸石層的厚度為約10微米-約200微米。
16.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述沸石層的厚度為約15微米-約100微米。
17.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述載體材料的孔直徑為約1微米-約100微米。
18.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述沸石層由選自Silicalite-l、ZSM-5、沸石 A、沸石P、沸石SPO34及其組合的沸石形成。
19.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述共生沸石晶體的直徑為約20nm-約500nm。
20.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述沸石膜的孔直徑為約4埃-7埃。
21.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述沸石膜的孔直徑為約4.5埃-約6埃。
22.如權(quán)利要求14所述的沸石膜，其中所述沸石膜的總厚度為約Imm-約20mm。
23.一種用于水脫鹽的方法，包括 提供包含溶解離子和水的鹽水；提供包括多個多孔沸石晶體的沸石膜，所述多個多孔沸石晶體形成負(fù)載在載體材料上的沸石層，所述沸石層的孔直徑小于8埃；對所述鹽水進(jìn)行反滲透，其方法為迫使所述水通過所述膜，同時保留至少部分所述溶解離子，由此在所述沸石膜的一側(cè)產(chǎn)生溶解離子的濃溶液并且在所述沸石膜的相反側(cè)產(chǎn)生含水滲透物。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述沸石層的厚度和孔直徑為使得在約大氣壓-約5000kPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行對所述鹽水的反滲透。
25.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述沸石層的厚度和孔直徑為使得在約 IOOkPa-約IOOOkPa的壓力范圍內(nèi)進(jìn)行對所述鹽水的反滲透。
26.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述沸石層的厚度和孔直徑為使得在大于約 lkgm^h-1的通量下進(jìn)行對所述鹽水的反滲透。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述沸石層的厚度和孔直徑為使得在大于約 1. Skgm^h-1的通量下進(jìn)行對所述鹽水的反滲透。
28.如權(quán)利要求21所述的方法，其中利用所述沸石膜通過反滲透脫鹽的水具有 Iwt % -8wt%的溶解離子的初始濃度。
29.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述含水滲透物具有小于3wt%的陰離子濃度。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述含水滲透物具有小于的陰離子濃度。
全文摘要
一種利用沉積在載體材料上的沸石晶種制造的新型沸石膜。所述晶種隨后在二次生長步驟中進(jìn)一步生長以形成具有共生顆粒的膜。沸石膜的孔尺寸為3埃-8埃，這允許水以相對高的通量率流過膜，同時阻止溶解的離子。所述新型沸石膜對于利用反滲透進(jìn)行的海水脫鹽出乎意料的有效。所述沸石膜能夠具有高水通量率和高離子截留百分率。
文檔編號B01D71/02GK102438736SQ201080017575
公開日2012年5月2日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者周冰, 朱廣山, 邱世倫, 邱赫 申請人:上游納動股份有限公司