Defect-free high-silica CHA zeolite membranes with high selectivity for light gas separation

渗透 沸石 选择性 气体分离 材料科学 化学工程 涂层 热液循环 水热合成 化学 色谱法 纳米技术 有机化学 催化作用 工程类 生物化学
作者
Pelin Karakiliç,Xuerui Wang,Freek Kapteijn,Arian Nijmeijer,Louis Winnubst
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:586: 34-43 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2019.05.047
摘要

A systematic approach is described for the fabrication of defect-free high-silica zeolite membranes with CHA (SSZ-13) topology. Home-made hydrothermally-synthesized CHA seeds were coated on porous α-alumina substrates with a pore diameter of 80 nm and by means of a further hydrothermal treatment a zeolite membrane layer was formed. In order to obtain a thin and defect-free zeolite layer, the influence on the final microstructure of seed concentration during coating, coating method (rubbing, dip- or spin-coating) and crystal growth time was investigated. The template removal procedure was optimized to avoid the formation of cracks or defects. For an optimal thermal treatment, using a step-wise temperature increase to 500 °C, the membranes exhibit CO2/CH4 permselectivities of 25–30 with CO2 permeances of around 2 x 10−7 mol m−2 s−1 Pa−1 at 22 °C and 2 bar of pressure difference. O2 plasma pre-treatment prior to template removal increased the CO2/CH4 permselectivity to 176, while maintaining the same CO2 permeance values when no pre-treatment was used. The SF6 permeances, both at low (22 °C) and high (200 °C) temperatures, were below the detection limit (2 x 10−10 mol m−2 s−1 Pa−1), which in return results in very high N2/SF6 permselectivities of more than 700.

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