Influence of sodium ion on high-silica SSZ-13 membranes for efficient CO2/CH4 and N2/CH4 separations

膜 结晶 渗透 钠 渗透 化学 化学工程 氟化物 材料科学 沸石 碱金属 无机化学 色谱法 催化作用 有机化学 工程类 生物化学
作者
Peipei Zhou,Ting Wu,Zhen Chao Sun,Yinuo Liu,Xinwei Chen,Meihua Zhu,Fei Zhang,Na Hu,Yuqin Li,Tian Gui,Xiangshu Chen,Hidetoshi Kita
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:661: 120918-120918 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2022.120918
摘要

Here, high-silica SSZ-13 membranes were prepared on macroporous supports by regulating sodium sources (NaOH, NaCl, Na 2 SO 4 and sodium-free) under fluoride and aluminum free gel. A pure phase and high gas permeation SSZ-13 membrane with oval-shaped crystals on the membrane surface was obtained by NaCl. It suggests that alkali metal sodium ion promoted crystal crystallization. The influence of Na 2 O (2NaCl)/SiO 2 ratio (from 0.025 to 0.2) on the crystallization process of zeolite membranes was investigated in detail by XRD, SEM and gas permeation tests. The content of NaCl hardly affected the structure of SSZ-13 but could affect the morphology and size of the crystals. The best membrane (NaCl/SiO 2 = 0.2) had a mixed CO 2 and N 2 gas permeance of 5.4 × 10 −7 mol/(m 2 s Pa) and 5.2 × 10 −8 mol/(m 2 s Pa), along with the CO 2 /CH 4 and N 2 /CH 4 selectivity of 155 and 12.3, respectively. The effects of pressure drop, temperature and feed concentration on membrane separation performance were explored. In addition, the obtained SSZ-13 membrane exhibited the hydrothermal stability in the humid N 2 /CH 4 mixture under 298K, indicating the application prospects in natural gas separation. • High-silica and pure phase SSZ-13 membranes were synthesized on macroporous supports with fluoride and aluminum free gel by regulating sodium sources. • The influence of NaCl content on the crystallization process of SSZ-13 membranes was investigated. • The best membrane had a CO 2 /CH 4 and N 2 /CH 4 selectivity of 155 and 12.3 for equimolar binary mixtures, respectively. • The membrane was hydrothermally stable under humid and dry conditions for 3 d.
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