鋁合金表面MFI沸石分子篩膜的合成及其防腐性能研究.pdf

1、沸石分子篩是一種硅鋁酸鹽晶體，具有耐高溫、抗化學(xué)侵蝕與生物侵蝕、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。這些特殊性能使分子篩在許多領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景，如催化、吸附、分離等。分子篩不污染環(huán)境，高硅分子篩表面具有疏水性，基于分子篩的這些特點(diǎn)，已有文獻(xiàn)報(bào)道高硅MFI分子篩膜具有高防腐性能。但是，已有的文獻(xiàn)報(bào)道主要是采用原位水熱合成法來(lái)制備，需要在強(qiáng)堿性溶液里進(jìn)行高溫、高壓反應(yīng)。這種強(qiáng)堿性溶液中的高溫、高壓反應(yīng)成膜技術(shù)很難在金屬防腐膜工業(yè)界得到應(yīng)用和推廣，而且

2、在合成過(guò)程中還可能會(huì)對(duì)金屬表面造成腐蝕。本論文的研究目的是尋找一種更加溫和而有效的制膜方法，考察了晶種生長(zhǎng)法與蒸汽輔助晶化法制備分子篩防腐膜的可行性，主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　 (1)晶種生長(zhǎng)法
　　 如何在鋁合金表面形成連續(xù)致密的晶種層是晶種生長(zhǎng)法需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文比較了不同的晶種液對(duì)形成的晶種層的影響。為了提高晶種與致密金屬基體表面的結(jié)合力，通過(guò)研究，提出將用于合成MFI分子篩的溶膠作為晶種與基體表面以

3、及晶種之間的粘結(jié)劑，從而提出了用晶種溶膠液制備晶種層。通過(guò)X射線衍射(XRD)、電子掃描顯微鏡(SEM)和極化電流（酸和鹽介質(zhì)中）測(cè)定，考察了晶種與溶膠(seed/sol)質(zhì)量比(SSR)對(duì)形成的晶種層形貌和致密性以及水熱合成后形成的MFI分子篩膜的致密性和防腐性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)SSR值較小時(shí)(≤5.0)，形成的分子篩晶種層覆蓋率大于99％，但晶種層表面有裂痕出現(xiàn);隨著SSR值的增大，分子篩晶種層表面的裂痕逐漸減少，當(dāng)SSR值為6.

4、0時(shí)，形成的分子篩晶種層表面沒(méi)有裂痕，而且表面覆蓋率大于99％;繼續(xù)增大SSR值(≥7.0)，分子篩晶種層的表面覆蓋率開(kāi)始減小。極化電流測(cè)試結(jié)果也表明SSR值為6.0時(shí)合成的分子篩膜具有最佳的防腐性能。因此，確定晶種液中SSR最佳比值為6.0。
　　 考察了不同尺寸(80 nm，500 nm和1000 nm)的分子篩晶種對(duì)形成的分子篩晶種層以及水熱合成后的分子篩膜的表面形貌和防腐性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)采用500 nm的分子篩晶種形

5、成的分子篩膜層最致密，為b-軸取向，具有最好的防腐性能。
　　 考察了不同涂晶方法（浸漬法、旋涂法和刷涂與平整耦合法）對(duì)晶種層的影響。研究發(fā)現(xiàn)采用浸漬涂晶和旋涂涂晶無(wú)法獲得連續(xù)的晶種層;刷涂法涂晶的效果比較好，刷涂之后再平整可以得到致密的、高度b-軸取向的晶種層。
　　 比較了晶種生長(zhǎng)法與原位水熱合成法形成的分子篩膜層的結(jié)構(gòu)及防腐性能的差異。采用晶種生長(zhǎng)法(150℃，3h)合成的分子篩膜層表面比原位水熱合成(175℃，1

6、6h)的分子篩膜層表面光滑，膜層更薄（前者為3μm，后者為20μm);極化電流測(cè)試表明，前者與后者具有相似的防腐效果。也就是說(shuō)，通過(guò)較溫和的晶種生長(zhǎng)法合成了致密的、連續(xù)的防腐膜層。
　　 (2)蒸汽輔助晶化法
　　 在蒸汽相中使基體表面的凝膠層轉(zhuǎn)化為沸石分子篩膜的方法稱為蒸汽輔助晶化法。以鋁合金為基體，考察了凝膠液的堿度、硅源、晶化時(shí)間等影響因素對(duì)蒸汽輔助晶化法合成MFI分子篩膜的影響。合理地調(diào)整凝膠液的堿度，當(dāng)堿度為0

7、.10時(shí)，凝膠層比較容易晶化;采用硅溶膠為硅源時(shí)，分子篩膜的晶化速率明顯加快，與用正硅酸乙酯為硅源相比更容易晶化;考察了合成條件的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶化溫度為175℃，晶化時(shí)間為12h時(shí)，可得到高度晶化的MFI分子篩膜。通過(guò)進(jìn)一步研究有望用于金屬防腐膜。
　　 本論文通過(guò)晶種生長(zhǎng)法，較溫和條件下在鋁合金表面制備了致密的b-軸取向MFI分子篩膜，與原位水熱合成的膜具有相似的防腐性能。該研究結(jié)果不僅對(duì)金屬防腐膜產(chǎn)生較大的影響，對(duì)分子篩膜在