第一篇：微波加热法合成NaA型分子筛膜外文翻译
微波加热法合成NaA型分子筛膜 徐晓明，杨维慎*，刘杰，林立武
摘要
用微波加热法（MH）在α-Al2O3 支撑体上合成NaA分子筛膜被大众所支持。微波加热急剧促进了NaA型分子筛膜的形成。合成时间由常规（CH）加热的三小时缩短至微波加热的15分钟。表面预涂晶种不仅可以促进NaA分子在支撑体上的形成，还能抑制NaA分子转变成其他类型的分子。微波加热法合成的NaA型分子筛膜大约4微米较相同情况下用常规加热形成的膜薄。对照试验下，微波加热法合成的NaA型分子筛膜的渗透性是常规合成法的四倍。多级合成导致了NaA型分子转变成其他类型的分子，并导致所合成的膜的完美度下降。
用微波法在多孔氧化铝载体上合成NaA分子筛膜的形成机理有所争议。推广使用MH对形成NaA型分子筛膜的影响可分为两方面：“热表面效应”和'“微波效应”。形成一个均匀而薄的NaA分子筛膜是 “热效应”和“微波效应”的双重作用的结果，而NaA分子筛膜的快速形成则主要是“微波效应”所引起的。
关键词：气体渗透;水热合成;微波加热;NaA分子筛沸石膜
1.简介
近几年来，分子筛膜作为一种特殊的无机膜发展十分迅速[1-7]。分子筛膜具有其独特的优点，例如，具有统一大小的分子孔隙和较高的耐热性。此外，孔隙的大小和沸石的亲和力，可以通过各种方法得到很好的控制，例如，离子交换和蒸气沉积。到目前为止，分子筛膜在用于分离几种重要的工业混合物上显示出了很好的分离性能，如丁烷异构体和二甲苯异构体[7-15]。然而，实际应用的渗透率过低。因此，在分子筛膜领域最具挑战性的工作之一是制备一个具有高渗透性同时具有高分离因数的分子筛膜。
微波是一种具有0.3 —3GHz的高频电磁辐射。微波技术广泛应用于各个研究领域，如生物学和医学等。80年代以后，微波技术开始应用于化学领域，一种新的交叉学科的微波化学出现了 [18]。在20世纪90年代初，微波技术开始应用于沸石的合成。1990年，Chuetal [17]首先报道了用微波加热法合成A型和ZSMAl2O3载体具有不同的热膨胀张系数，采用1 K/min的低加热和冷却速度可以避免在热处理过程中裂纹的形成。
2.2.膜表征
所合成的膜的结构可以X射线衍射（XRD）普图来确定。X射线衍射是在Ragaku 粉末衍射仪上进行的，操作选用铜Kα（λ= 1.54A），同时加以40千伏电压和50毫安电流。用扫描电镜（SEM）来检查所合成的膜的形态以及厚度。扫描电镜照片是从规格为JEMC4H10的渗透率表示NaA分子筛膜的直径比的NaA分子筛孔道大是确实存在的缺陷。在经过了两阶合成膜和三阶合成膜的完整度也下降了。
图 5用MH多级合成膜的SEM照片。（1），（2）两阶段合成;（3），（4）三阶段的合成。
4.讨论
4.1微波对合成分子筛膜的影响
微波对分子筛的合成的影响可分为两部分---“热效应”和 “微波效应”。的热效应是指在快速均匀的微波加热。微波效应是指该物质在微波场特性的变化。在分子筛的论文中，微波效应主要是指水在微波场中特性的变化。詹森等。[19]审议该水分子的氢桥被在微波场中被摧毁形成活跃的水。活跃的水具有较高的活化能，凝胶的合成可以很容易被这种水溶解。进而促进合成分子。
一个分子筛膜的形成是一个支持异构核的进程。首先，载体表面生成一层凝胶，随后成核结晶并生长成膜 [35,36]。据此，在图6中提出了MH与CH合成膜的合成过程。在微波环境下，由于微波效应，水变成了活跃状态的水，载体上的凝胶层的分解速度加速。
表1气相渗透评价所合成的膜完整度
图.6 比较MH与CH合成过程示例
同时，由于热效应合成混合物迅速均匀的加热。在这种情况下，大量的分子晶核均匀的在载体表面形。此外，由于同时存在晶核与加热均匀的条件，小分子晶体可以合成。因此，分子筛膜可以在很短的时间形成。当用常规合成法时，由于凝胶层低溶出率和低升温速率，没有形成的原子核在载体表面同时进行。因此，所合成的沸石分子晶体的大小并不均匀。为了形成一个连续的膜，需要很长的合成时间并且分子筛膜的厚度很薄也不均匀。
通过对常规合成法和微波加热法合成的NaA分子筛膜不同的转化过程也可以解释不同的分子筛膜的形成机制。在微波加热的情况下，由于分子筛的成核长大的同时，NaA分子晶体同时均匀的生长。因此，一个纯粹的分子筛膜可以形成。在常温条件下，由于低温不均匀的加热，NaA型分子晶体没在同一时间形成。在早期形成的NaA分子晶体开始转化为其他类型的分子，而其他的NaA分子晶体是稳定的。
为了区分热效应和微波效应MH中对合成NaA的影响，设计如下实验。取一片预涂过晶种的载体放置在混合生长液中用微波迅速加热至90℃，然后合成体系被转移到一个传统的烤箱并预热至90℃.经过15分钟的合成，所合成的膜用XRD表征。如果所得到衍射普图的强度较预涂晶种的载体普图强度不发生明显变化，可以得出结论，该微波亲运动的影响主要是由微波效应引起的。如果中NaA分子衍射普图的强度与NaA分子筛膜衍射普图相似，可以得出这样的结论热效应是主要的影响。结果表明，从XRD图谱（图7）表示，NaA分子所合成的膜预涂晶种的载体衍射图样相似。NaA分子的衍射图像比用微波加热法加热15分钟的NaA型分子筛的强度小。因此，用微波加热法合成NaA型分子筛膜，膜的形成，主要是由微波效应决定的。然而，由于快速均匀的加热易溶解的凝胶层，有大量的成核分子在载体表面生长，同时和均匀。因此，统一和小NaA分子晶体可以合成。因此，薄NaA型分子筛膜可以观察到不引起，所以，用微波法合成薄且均匀的 NaA型分子筛膜由热效应微波效应引起的。
图.7微波加热法合成NaA分子筛膜的XRD 普图
（1）和MH与CH（2）所合成的膜的X射线衍射图案。（*）α-Al2O3载体，（●）NaA分子。
图.8预涂晶种载体片的气体分离选择性（◆），微波加热法合成NaA分子筛膜（■）常规法合成NaA分子筛膜（▲）。
4.2 气体分离选择性
图.8显示预涂晶种的载体的气体分离选择性，微波加热法合成15分钟和常规合成法合成3小时的NaA型分子筛膜.由于气体的分子动能以及直径曾大微波加热法合成的NaA分子筛膜对 H2,O2,N2和 n-C4H10 渗透率下降。对O2/N2的和H2/n-C4H10的分离系数分别为1.02和11.8，分别比努森分离选择系数的0.96和5.39高，这表明NaA分子筛膜的分子筛分效果，并表示所产生的气体主要是通过NaA型分子筛孔道进行分离。
由常温合成NaA分子筛膜对O2/N2的和H2/n-C4H10的分离系数分别为1.10和9.83，与用微波加热法合成NaA型分子筛膜分离系数的大小相类似。然而，用微波加热法合成的NaA型分子筛膜有较高的渗透率，如H2的渗透率是相同条件下常规合成法合成NaA型分子筛膜的四倍。该NaA分子筛膜飞高渗透率可能是由于MH下形成的分子筛膜的孔道要比CH下形成的窄。
5.结论
微波水热合成法是一个高渗透率和高选择性合成分子筛膜的有效方法。MH法合成 NaA分子筛膜的合成时间比CH下合成的时间短8至12倍。由MH合成的NaA分子筛膜的渗透率比CH合成的NaA分子筛膜要高4倍，而他们的分离选择性具有可比性。的微波的促进作用可分为两部分：“热效应”和“微波效应”。NaA分子筛膜的快速形成，主要是由于微波效应影响的，而形成一个个均匀而薄的NaA型分子筛膜则是“热效应”“微波效应”双重作用的结果。
参考文献
[1] J.C.Jansen, J.H.Koegler, H.van Bekkum, H.P.A.Calis, C.M.van den Bleek, F.Kapteijn, J.A.Moulijn, E.R.Geus, N.van der Puil, Microporous Mesoporous Mater.21(1998)213.[2] M.J.den Exter, J.C.Jansen, J.M.van de Graff, F.Kapteijn, J.A.Moulijn, H.van Bekkum, in: H.Chao, S.I.Woo, S.-E.Park
(Eds.)，Recent Advances and New Hori-zons in Zeolite Science and Technology, Studies in Sur-face Science and Catalysis, vol.102, Elsevier, Amsterdam, 1996, p.413.[3] T.Bein, Chem.Mater.8(1996)1636.[4] K.C.Jansen, E.N.Coker, Curr.Opin.Solid State Mater.Sci.1(1996)65.[5] A.Tavolaro, E.Drioli, Adv.Mater.11(1999)975.[6] J.Coronas, J.Santamaria ´ , Sep.Purif.Meth.28(1999)127.[7] M.Matsukata, E.Kikuchi, Bull.Chem.Soc.Jpn.20(1997)2341.[8] Y.Yan, M.E.Davis, G.R.Gavalas, Ind.Eng.Chem.Res.34(1995)1652.[9] X.C.Xu, M.J.Cheng, W.S.Yang, L.W.Lin, Sci.China(Ser.B)41(1998)325.[10] G.Xomeritakis, M.Tsapatsis, Chem.Mater.11(1999)875.[11] K.Keizer, A.J.Burggraaf, Z.A.E.P.Vroon, H.Verweij, J.Membr.Sci.147(1998)159.[12] K.Kusakaba, T.Kuroda, A.Murata, S.Morooka, Ind.Eng.Chem.Res.36(1997)649.[13] J.C.Poshusta, V.A.Tuan, J.L.Falconer, R.D.Noble，Ind.Eng.Chem.Res.37(1998)3924.[14] M.Kondo, M.Komori, H.Kita, K.-I.Okamoto, J.Membr.Sci.133(1997)133.[15] K.Wegner, J.Dong, Y.S.Lin, J.Membr.Sci.158(1999)17.[16] C.R.Strauss, R.W.Trainor, Aust.J.Chem.48(1995)1165.[17] P.Chu, F.G.Dwyer, V.J.Clark, Eur.Pat.(1990)358 827
[18] C.S.Cundy, Collect.Czech.Chem.Commun.63(1998)
1699.[19] J.C.Jansen, A.Arafat, A.K.Barakat, H.van Bekkum, in: M.L.Occelli, H.Robson(Eds.), Synthesis of Micropo-rous Materials, vol.1, van Nostrand Reinhold, New York, 1992, p.507.[20] A.Arafat, J.C.Jansen, A.R.Ebaid, H.Van Bekkum, Zeolites 13(1993)162.[21] I.Girnus, K.Hoffmann, F.Marlow, J.Caro, Micropo-rous Mater.2(1994)537.[22] I.Girnus, K.Jancke, R.Vetter, J.Richter-Mendau, J.Caro, Zeolites 15(1995)33.[23] C.G.Wu, T.Bein, Chem.Commun.7(1996)925.[24] H.B.Du, M.Fang, W.Xu, X.Meng, W.Q.Pang, J.Mater.Chem.7(1997)551.[25] J.G.Carmona, R.R.Clemente, J.G.Morales, Zeolites 18(1997)340.[26] M.Park，S.Komarneni, Microporous Mesoporous Mater.20(1998)39.[27] I.Braun, G.Schulz-Ekloff, D.Worle, W.Lautenschlaer, Microporous Mesoporous Mater.23(1998)79.[28] I.Girnus, M.-M.Pohl, J.Richter-Mendau, M.Schneider，M.Noack, J.Caro, Adv.Mater.7(1995)711.[29] S.Mintova, S.Mo, T.Bein, Chem.Mater.10(1998)4030.[30] T.G.Tsai, H.C.Shih, S.J.Liao, K.J.Chao, Microporous
Mesoporous Mater.22(1998)333.[31] H.Kita, T.Harada, H.Asamura, K.Tanaka, K.Okamoto, Proc.5th Int.Conf.Inorganic Membranes，Nagaya, Japan, 1998, p.318.[32] Y.Han, H.Ma, S Qiu, F.S.Xiao, Microporous Meso-porous Mater.30(1999)321.[33] X.C.Xu, W.S.Yang, J.Liu, L.W.Lin, Adv.Mater.12(2000)195.[34] X.C.Xu, W.S.Yang, J.Liu, L.W.Lin, Microporous
Mesoporous Mater., submitted publication.[35] J.C.Jansen, D.Kashachier, A.Erdem-Senatalar, Stud.Surf.Sci.Catal.85(1994)215.[36] T.Nakazawa, M.Sadakata, T.Okubo, Microporous
Mesoporous Mater.21(1998)325.for
附 ：外文翻译原文
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