分子篩膜的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在物質(zhì)分離、膜反應(yīng)、催化、傳感器、微電子等諸多領(lǐng)域都可以得到應(yīng)用。超薄的沸石膜在導(dǎo)體、光學(xué)材料如光催化、光開關(guān)、激光聚焦等有潛在的應(yīng)用價值；而定向的沸石膜在定向催化及光學(xué)效應(yīng)等方面有其獨特的應(yīng)用前景。

沸石膜在催化方面的應(yīng)用

沸石膜具有穩(wěn)定的選擇性，且具有分離和催化雙重功能，為其在新的催化過程的應(yīng)用提供了依據(jù)。它不僅可以通過有選擇地移去產(chǎn)物中的某一種組分來提高受平衡限制的反應(yīng)產(chǎn)率和選擇性，還允許在同一反應(yīng)器中同時進(jìn)行兩個反應(yīng)，使第一個反應(yīng)的產(chǎn)物有選擇地透過膜參與第二個反應(yīng)。研究了異丁烷在沸石膜上的脫氫反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)從反應(yīng)中連續(xù)移去氫可提高異丁烷的轉(zhuǎn)化率。將載有V-Mg-O催化劑的沸石膜用于丙烷的脫氫，發(fā)現(xiàn)膜在反應(yīng)過程中起到了氣體擴(kuò)散欄的作用，并且在低丙烷氧條件下，可提高丙烷的轉(zhuǎn)化率。其它的沸石膜的應(yīng)用是將沸石載在不同載體上，如將NaY和ZSM-5沸石載在銅或鈀載體上用作選擇電極或色譜分離等。將擔(dān)載在氧化鋁載體上用Ni-P處理過的低鋁Y型沸石膜用于易結(jié)炭的中度加氫裂解催化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化率提高的同時，并沒有伴隨許多不溶性炭沉積物的生成。

將TS-1沸石填充在PDMS聚合基質(zhì)中制得了沸石膜，并將它用于正己烷氧化制己醇和己酮反應(yīng)中，在反應(yīng)過程中，聚合基質(zhì)在兩種互不溶相之間起到了界面欄的作用。近來，通過將V物種直接引入膜制得了V-MFI膜，這種催化膜對烷烴的氧化脫氫很有效。V-MFI膜在500℃時對烷烴特殊的分解作用證實了V對膜的改性作用。將在不銹鋼載體上制備的定向Cu-ZSM-5沸石膜用于NOx的選擇催化還原，NOx的轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%，在可比條件下與傳統(tǒng)的裝有任意堆積催化劑的固定床相比，沸石膜的活性高出近30倍，因此可以說沸石膜在催化方面有很廣闊的應(yīng)用前景。大連理工大學(xué)吸附與無機膜研究所多年來一直從事沸石膜合成及應(yīng)用研究，制備出性能優(yōu)良的各種類型沸石膜，并應(yīng)用于乙苯脫氫制苯乙烯，可使乙苯轉(zhuǎn)化率提高到83.7%，苯乙烯的單程收率達(dá)到75%，比固定床高出10%。

3.2沸石膜在分離方面的應(yīng)用

沸石膜均一的孔徑分布和良好的熱穩(wěn)定性為其在分離方面的應(yīng)用展示了良好的前景，根據(jù)膜的性能和被分離組分的性質(zhì)分為不同的分離形式。

3.2.1利用分子篩分機理對氣體混合物進(jìn)行分離在分子篩分機理控制時，氣體組分與膜之間的相互作用很小，分離行為的發(fā)生僅僅是由于分子的尺寸或形狀阻止它們進(jìn)入膜孔或以可觀的速度通過膜，因此分子篩分這一廣義概念不僅包括尺寸排除，還包括組分之間滲透速率差異很大的構(gòu)型擴(kuò)散，如正丁烷異丁烷的分離。

最有說服力的利用分子篩分機理進(jìn)行分離的是兩種非吸附氣體混合物的分離。研究了H2SF6在管狀Silicalite膜上的分離，在583K時單組分的H2和SF6的滲透率分別61×10-7和6.7×10-7mol（m2·s·Pa），在相同的溫度下，混合物中H2和SF6的滲透率分別為51×10-7和4.1×10-7mol（m2·s·Pa），它們的理想分離因數(shù)和實際分離因數(shù)相近（9.1和12.8，尤其當(dāng)考慮到單組分與混合物滲透率的測量方法不同時，它們?yōu)榭杀戎担?，表明分離行為的發(fā)生靠的是沸石分子篩。

甲烷異辛烷的分離也有可能屬于分子篩分，曾進(jìn)行了這樣的研究，得到甲烷異辛烷的分離因數(shù)大于300，異辛烷的分子動力學(xué)直徑為0.62nm，大于Silicalite-1孔徑（0.55nm），因此不能進(jìn)入孔道，而甲烷則可以進(jìn)入，膜內(nèi)一些缺陷的存在使得不能得到絕對分離，當(dāng)膜的質(zhì)量較高時則有可能實現(xiàn)。

對于一些分子動力學(xué)直徑較小的氣體（如H2、CO2、O2、N2、CH4分別為0.289、0.33、0.346、0.364和0.38nm）滲透時優(yōu)先通過的機理，理論上可用分子篩分機理解釋，如在MFI膜上進(jìn)行的H2CH4、CO2CH4、CO2N2、O2N2的分離，在NaY膜上的CO2N2分離，在NaA膜上的H2N2分離，在298～450K范圍內(nèi)，這些分離均可實現(xiàn)，但分離選擇性不太高。

3.2.2從非吸附氣體中分離蒸氣或吸附性有機物在這些混合物中，蒸氣或有機物或者在沸石孔內(nèi)優(yōu)先吸附或者在孔內(nèi)產(chǎn)生毛細(xì)凝聚，從而阻礙了其它物種（氣體）的滲透，達(dá)到分離的目的。這時，即使膜內(nèi)有一定量的缺陷，假設(shè)這些缺陷較小可以被吸附物或毛細(xì)凝聚堵塞，則也能得到高的選擇性。例如，用MFI膜分離甲醇H2、乙醇O2、正丁烷H2的混合物，其中氣體的滲透率（H2或O2）與它們?yōu)閱谓M分時相比，由于其它組分的吸附或凝聚而減小許多，這種分離最明顯的特征是隨著溫度升高，吸附和凝聚減弱，對阻塞分子的選擇性下降。n-C4H10H2在MFI沸石膜上的分離是解釋滲透機理和傳統(tǒng)的微孔膜擴(kuò)散與沸石膜分離之間差別的很好的例子。在MFI沸石膜上，室溫下H2n-C4H10的理想選擇因數(shù)對在載體管內(nèi)表面由ZSM-5或Silicalite-1晶粒孿生形成的連續(xù)膜層來說很高（如Bai結(jié)果是58，Coronas是290，且H2滲透率為33～34×10-7mol（m2·s·Pa）），而當(dāng)沸石晶粒分散在載體孔內(nèi)時卻很低，有時僅接近Knudsem擴(kuò)散（如Giroir-Fendler結(jié)果是4.3，Coronas是14，H2滲透率為1.2～12×10-7mol（m2·s·Ps））。

被吸附有機物可以堵塞孔道的另一證據(jù)是使用管狀的Silicalite膜從醇O2混合物中分離醇，在這項研究中，曾報道，對乙醇甲醇O2混合物，乙醇O2的最大選擇因數(shù)達(dá)到7415，這是由于混合物中的一種優(yōu)先吸附，阻止了其它組分通過沸石膜孔道。通過對混合物中O2滲透率與溫度關(guān)系變化趨勢分析，發(fā)現(xiàn)乙醇堵塞沸石孔最嚴(yán)重，然后是甲醇乙醇混合物，最后是甲醇，這與Silicalite沸石的親油性是一致的。

3.2.3有機混合物的分離許多文獻(xiàn)報道，有機有機混合物的分離可以通過滲透組分間的競爭吸附來解釋，然而預(yù)測混合物的吸附并不是容易的事情：即使是很相似的化合物（如直鏈與支鏈的烷烴同系物）會表現(xiàn)出截然不同的吸附行為。近來，Silicalite沸石上烷烴吸附的分子模擬證明了線性與支鏈烷烴占據(jù)不同的吸附位，并且線性分子能夠把支鏈烷烴從Silicalite結(jié)構(gòu)中擠出去。

一般地對于同一種沸石膜，隨著組分間吸附力差異的加大，分離選擇性提高。對MFI膜來說，正丁烷、異丁烷、己烷和2，2-二甲基丁烷的分離已進(jìn)行了廣泛研究，C4對和C6對的化合物都具有相同的分子量，因而不能通過努森擴(kuò)散控制的中孔膜來分離，它們動力學(xué)直徑之間的差異足以產(chǎn)生明顯的擇型分子篩分效果（正丁烷：0.43nm；異丁烷：0.50nm；正己烷：0.43nm；2，2-二甲基丁烷：0.62nm），然而結(jié)果并非所期望那樣，例如用管狀的ZSM-5膜分離正己烷2，2-二甲基丁烷化合物，理想的分離因數(shù)低于20，而實際分離是由競爭吸附控制，選擇因數(shù)達(dá)到103數(shù)量級，而且盡管2，2-二甲基丁烷分子直徑比ZSM-5沸石孔大，其單組分的滲透率卻很大，這說明膜內(nèi)有缺陷，在進(jìn)行化合物分離時，這些缺陷會被吸附的正己烷阻塞，卻能允許單組分通過。也得到類似結(jié)果，正烷烴可以通過其吸附，阻塞孔道從支鏈或環(huán)狀化合物中分離出來，然而須注意到長的烷烴阻塞苯的效果不好，如C8苯、C9苯的分離因數(shù)比低烷烴的低。另外支鏈與支鏈或環(huán)烷烴（如2，2-二甲基丁烷3-甲基戊烷，苯異辛烷，異辛烷甲基環(huán)己烷）不能分離，可能是由于它們吸附性質(zhì)相同。

也有用其它膜分離有機有機混合物的。利用Y型膜通過滲透蒸發(fā)分離苯環(huán)己烷和苯正己烷，在378K時最大分離因數(shù)分別為45和29，通量為0.007、0.05kg（m2·h）。利用平板方鈉石膜分離苯對二甲苯，在295K時分離因數(shù)超過160，通量為1.19×10-4mol（m2·s），比由理論預(yù)測的汽液平衡值11.3高許多，這可以用擇型結(jié)果來解釋，在沸石孔內(nèi)苯和對二甲苯不可相互通過。利用平板鎂堿沸石膜分離環(huán)己烷苯、對二甲苯鄰二甲苯和苯對二甲苯的混合物，發(fā)現(xiàn)，苯對二甲苯的分離因數(shù)達(dá)101，而環(huán)己烷苯、對二甲苯鄰二甲苯混合物的只有1.3和3.2。

3.2.4從有機物中分離水或極性分子這種分離通常通過滲透蒸發(fā)進(jìn)行，但也有通過氣相進(jìn)料進(jìn)行的?；旌衔镏械挠袡C物或弱極性分子會優(yōu)先通過親油膜，而對親水性膜則情況相反，如水乙醇的分離便屬于這種情況。

Silicalite膜為親油膜，不管是以陶瓷還是以不銹鋼為載體合成的Silicalite膜，通常通過滲透蒸發(fā)從水中分離甲醇、乙醇、丙酮、丁酮，在303～323K溫度范圍內(nèi)，甲醇、乙醇、丙酮、丁酮最大的分離因數(shù)分別為16、43、255、146，通量為0.15～1.3kg（m2·h）。

幾種高鋁的沸石都可用來合成親水膜。1989年較早報道用沸石膜分離，使用在多孔玻璃上合成的孔徑為0.3～0.5nm的沸石膜進(jìn)行水乙醇、水丁醇的分離，在352～362K時，分離因數(shù)達(dá)到2499和1633（可能是A型膜），通量分別為0.1、0.719kg（m2·h）。3.3沸石膜在光學(xué)方面的應(yīng)用對無載體的ZSM-5沸石膜片表面用3，5-二硝基-L-苯胺改性后，用于消旋乳酸的光學(xué)分析。將膜片固定在切線流裝置內(nèi)，當(dāng)含有消旋乳酸的溶液在膜一側(cè)循環(huán)流動時，大部分L-乳酸會移向另一緩沖溶液側(cè)。

利用納米TS-1直接在玻璃載體上合成了超薄（0.7μm）透明的TS-1膜，由于TS-1粒子粒徑為80nm，小于可見光波長400～700nm，而且晶粒緊密堆積使膜內(nèi)無其他使膜不透光的大孔，因此膜不會散射太多的光而表現(xiàn)出透明的性質(zhì)。沸石膜的這種透光性質(zhì)可以被用于高級光學(xué)材料如光催化、光開關(guān)、小孔燃燒及激光聚焦等。