Effect of seeding on the properties of MFI type zeolite membranes

Abstract

Öz TOHUMLAMANIN MFI TİPİ ZEOLIT MEMBRANLARIN ÖZELLİKLERİ ÜZERİNE ETKİSİ Dinçer, Eser Yüksek Lisans, Kimya Mühendisliği Tez Yöneticisi: Yrd. Doç. Dr. Halil KALIPÇILAR Ortak Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Ali ÇULFAZ Ağustos 2005, 131 sayfa Bu çalışmada, tohumlamanın alumina destekli MFI membranların özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Membranlar boş ve tohumlanmış destekler üzerine 9.80SiO2:TPAOH:0.025NaOH:0.019Al2O3:602.27H2O:39.16C2H5OH başlangıç bileşimindeki berrak çözeltilerden 130°C'de ve otoklavlarda sentez edilmiştir. Destek yüzeyi üzerindeki tohum miktarı, sıkı dolgulu ve tekdüze tohum tabakaları veren vakumla kaplama yöntemi ile 0.6 mg/cm2 ve 6.9 mg/cm2 arasında değiştirilmiştir. Membranlar XRD ve SEM ve N2, SF6, n-C4Hı0 ve i-C4Hı0 tek gaz geçirgenlik ölçümleri ile nitelendirilmiştir. Membran kalitesi N2/SF6 ideal seçiciliği temelinde değerlendirilmiştir. IM2/SF6 ideal seçiciliği 40'ın üzerinde olan membranların az delik içerdiği ve iyi kalitede olduğu kabul edilmiştir. İyi kalite membranlar bütan izomerlerinin ayırımında da kullanılmıştır. Tohumlanmış destek üzerinde sentez edilmiş membranlar, destek yüzeyi üzerindeki tohum miktarı 1.0 mg/cm2'dan az olduğu durumda sıkı ve tekdüze MFI tabakalara sahiptir. Daha fazla miktarda tohumla kaplanmış destekler üzerine sentez edilmiş membranlar, üstte sıkı ve tekdüze MR tabaka, altta destek ve arada tohum tabakasından oluşan asimetrik bir yapı göstermiştir. viTohumlanmış destekler üzerinde sentez edilen membranların yarısının N2/SF6 ideal seçiciliği 40'ın üzerindedir. Bu membranlar oda sıcaklığı ve 200°C'de sırasıyla 5 ile 27 ve 8 ile 21 arasında n-C4Hıo/i-C4H10 ayırma seçiciliği göstermiştir. Yüksek ideal ve ayırma seçicilikleri, membranların zeolit dışı gözenek içermediğini göstermiştir. Boş destek üzerinde sentez edilen membranlar tekdüze olmayan MFI tabakalarına sahiptir. Bu membranların Knudsen seçiciliğinden küçük N2/SF6 ideal seçiciliği göstermeleri MFI tabaka içinde büyük zeolit dışı gözeneklerin varlığını göstermektedir. Anahtar sözcükler: Tohumlama, MFI membranlar, Vakumla tohumlama, Gaz geçirgenliği, Tekraredilebilirlik VII

ABSTRACT EFFECT OF SEEDING ON THE PROPERTIES OF MFI TYPE ZEOLITE MEMBRANES Dinçer, Eser M.Sc, Department of Chemical Engineering Supervisor: Assist. Prof. Dr. Halil KALIPÇILAR Co-supervisor: Prof. Dr. Ali ÇULFAZ August 2005, 131 pages The effect of seeding on the properties of alumina supported MFI membranes was investigated in this study. Membranes were synthesized from clear solutions with a molar batch composition of TPAOH:9.80SiO2:0.025NaOH:0.019AI2O3: 602.27H2O:39.16C2H5OH on bare and seeded alumina supports at 130°C in autoclaves. The amount of seed on the support surface was changed between 0.6 mg/cm2 and 6.9 mg/cm2 by vacuum seeding method, which provided uniform and closely packed seed layers. Membranes were characterized by XRD and SEM, and by measuring single gas permeances of N2, SF6, n-C^Hio and i-C4Hi0. The quality of membranes was evaluated on the basis of N^SFö ideal selectivity. Membranes, which showed N^SFe ideal selectivity higher than 40, were considered to be good quality, comprising few defects. Good quality membranes were also used to separate butane isomers. Membranes synthesized on seeded supports had compact and uniform MFI layer if the seed amount is less than 1.0 mg/cm2 on the support surface. Membranes that were synthesized on the supports coated with higher amount of seed IVcrystals showed an asymmetric structure with a dense and uniform MFI layer at the top, the support at the bottom and a seed layer between. Half of the membranes synthesized on seeded supports had N2/SF6 ideal selectivity higher than 40. These membranes exhibited n-dHio/i-QHio separation selectivities between 5 and 27 and 8 and 21 at room temperature and at 200°C, respectively. High ideal and separation selectivities showed that membranes did not include non-zeolitic pores. Membranes synthesized on bare support had non-uniform MFI layer. Those membranes showed N2/SF6 ideal selectivities below Knudsen selectivity, indicating the existence of large non-zeolitic pores in the MFI layer. Keywords: Seeding, MFI membranes, Vacuum seeding, Gas permeation, Reproducibility