高性能19通道整体式CHA沸石膜用于乙酸蒸汽渗透脱水：工业级耐酸分离技术的突破

针对乙酸脱水过程中传统蒸馏能耗高、设备腐蚀严重的问题，南京工业大学团队首次在19通道α-Al2O3整体载体上制备高硅CHA沸石膜（SiO2/Al2O3=200），实现蒸汽渗透(VP)技术突破。该膜在393K下获得0.63 kg·m-2·h-1水通量和369选择性，机械强度较管式膜提升十倍，为工业酸性环境脱水提供变革性解决方案。

　　

乙酸（AcOH）作为食品防腐剂和医药合成关键原料，其脱水纯化一直是化工领域的重大挑战。传统蒸馏工艺因水和乙酸沸点接近（373K vs 391K），不仅能耗惊人，强腐蚀性更导致设备成本飙升。虽然渗透汽化(PV)和蒸汽渗透(VP)技术能规避共沸问题，但现有铝基沸石膜在酸性环境中易发生铝溶出失效。更棘手的是，工业级放大时管式膜存在装填密度低、密封元件多等瓶颈，而VP技术又长期缺乏耐酸膜材料支撑。

南京工业大学研究团队创新性地采用高硅凝胶（SiO₂/Al₂O₃=200）在19通道α-Al₂O₃整体载体上制备CHA沸石膜。这种整体式设计使膜面积较传统管式提升一个数量级，机械强度增强十倍，更通过内通道生长方式实现"膜层防腐蚀-载体低成本"的巧妙解耦。研究通过SEM观察到4.2-4.5μm的均匀晶体层，XRD证实高结晶度，H₂/SF₆理想选择性>185验证了无缺陷结构。

关键技术包括：1）采用TMAdaOH模板剂水热合成200nm高硅CHA晶种；2）通过真空抽吸-二次生长法在19通道载体构建连续膜层；3）建立温度（353-393K）、水含量（5-20wt%）和流速（20-80mL/min）多参数VP测试体系。特别值得注意的是，该研究首次系统报道了渗透率（permeance）与选择性协同评价指标，为膜材料本征性能评估提供新范式。

【单气体渗透测试】显示H₂渗透率达10^-6 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1量级，Knudsen扩散主导的SF₆/H₂选择性证实分子筛分效应。在90wt%乙酸体系中，393K时水通量达0.63 kg·m^-2·h^-1，水渗透率8.56×10^-8 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1，较文献报道小面积膜提升30%。研究首次揭示流速对分离因子的"双峰效应"：20mL/min时因浓差极化导致选择性骤降，80mL/min时又因接触时间不足使性能回落。

【稳定性测试】突破性地证明该膜在pH≈2、393K条件下连续运行50小时性能衰减<5%，归因于高硅骨架对H⁺攻击的抗性。对比团队前期低硅CHA膜（SAR=3.5）在乙酸中快速失效的现象，证实SiO₂/Al₂O₃比值的决定性作用。

这项发表于《Chinese Journal of Chemical Engineering》的研究，通过材料设计（高硅CHA）与工程创新（整体式载体）的双重突破，解决了乙酸脱水领域三大痛点：1）打破VP技术缺乏耐酸膜的瓶颈；2）将单膜元件面积提升至工业级（较文献提高10倍）；3）通过内通道设计降低模块成本。 Jiang等学者曾指出CHA膜在pH=2下仅稳定10小时，而本研究通过SAR优化将稳定性延长至50小时以上，为万吨级乙酸脱水装置提供了首个兼具高通量、高选择性和强抗腐蚀的膜材料解决方案。未来通过晶种制备工艺标准化和模块化设计，有望在醋酸纤维素等强酸体系分离中实现更广泛应用。