Highly CO2-selective and moisture-resistant bilayer silicalite-1/SSZ-13 membranes with gradient pores for wet CO2/CH4 and CO2/N2 separations

双层 化学工程 化学 材料科学 色谱法 分析化学(期刊) 生物化学 工程类
作者
Bin Wang,Yulei Wang,Xinping Li,Shenglai Zhong,Rongfei Zhou
出处
期刊:Journal of Membrane Science [Elsevier BV]
卷期号:636: 119565-119565 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.memsci.2021.119565
摘要

Surface hydrophobicity of zeolite membrane which is related to moisture resistance increases with the increase of Si/Al ratio in the framework. An all-silica MFI (silicalite-1) layer was grown on aluminium-containing SSZ-13 membrane as a water-proof shield in this study. The formation process of silicalite-1 layer upon SSZ-13 membrane was investigated. And the moisture-resistant mechanism of bilayer silicalite-1/SSZ-13 membrane was discussed. The gradient pores (5.6 Å @ 3.8 Å) of bilayer silicalite-1/SSZ-13 membranes guarantee the separation efficiency. The bilayer membranes displayed similar CO2 permeances with the original SSZ-13 membranes in the dry mixture because that the modified silicalite-1 layer had larger pores and was CO2-selective. Moreover, the bilayer membrane displayed higher moisture resistance than the original SSZ-13 membrane did at low temperatures. The best bilayer membrane had CO2 permeances of 1.5 × 10-6 and 1.4 × 10-6 mol m-2 s-1 Pa-1 and CO2/CH4 and CO2/N2 selectivities of 153 and 22 in dry and equimolar CO2/CH4 and CO2/N2 mixtures at 298 K, respectively. The CO2/CH4 selectivity of the bilayer membranes in the wet mixture were only 19.4% lower than these in the dry mixtures at 323 K, respectively. The decline rate of the bilayer membrane were much lower than that (39.3%) for the monolayer SSZ-13 membrane. The long-term stability of separation performance of bilayer membranes in the wet mixture was also investigated.

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