管状多孔炭膜的研究

介绍了管状多孔炭膜的制备方法及应用,探讨了不同材料制备支撑体炭膜和炭－炭复合膜的效果及影响炭膜孔结构性能的主要因素。研究表明,煤和酚醛树脂均是良好的制膜材料,制得的支撑体炭膜不仅具有较高的孔隙率和气体通量,而且孔隙结构均一,机械强度高。膜材料的种类,粒度及炭化工艺条件等因素对炭膜的孔结构性能影响较显著。以酚醛树脂等高分子聚合物及煤热解产物为涂膜液制得的炭－炭复合膜其孔径明显的变小,孔径分布变窄。炭     

气体分离炭膜的结构设计、制备及功能化

气体渗透性低、机械强度差是炭膜产业化道路上的两大难题.研究发现,根源在于炭膜的蠕虫状孔道结构与均质炭膜的特有性质.为了解决炭膜渗透性低的问题,通过选择适宜的聚合物前驱体的分子结构与空间构型结合填充纳米粒子为功能基团等手段,实现对炭膜蠕虫状孔结构有效地调控与重新构建.在保证高选择性的条件下,不仅使炭膜的气体渗透性能提高了2个数量级以上,而且还使炭膜对某些气体具有较高分离选择性的功能化效果.为了改善炭膜的机械强度,将自主研发的廉价煤基炭膜支撑体与前驱体相复合,采用简单的制膜工艺,制备得到复合性能好、气体分离性能高的复合炭膜.     

成型工艺对煤基板式微滤炭膜的性能影响

以煤粉为原料,经半干法压制成型、干燥、炭化等工艺制备出一种电催化膜材料-煤基板状微滤炭膜.考察了煤种的配比、黏结剂、造孔剂以及成型压力对煤基板状微滤炭膜孔性能的影响,并通过FT-IR、SEM、气体泡压法等对煤基板状微滤炭膜的结构性能进行表征.结果表明:改变混煤中焦煤的比例可以调控炭膜的孔结构;添加剂的加入有利于提高炭膜的孔结构性能,但在一定程度上降低了炭膜的机械性能及导电性;增大成型压力可改善炭膜的机械强度及导电性,对孔结构性能改变影响不大.     

聚醚酰亚胺基炭分子筛膜的形成及其气体分离性能研究

以商用聚醚酰亚胺(PEI)作为前驱体,采用经过ZrO2-Al2O3复合溶胶修饰的陶瓷氧化铝为支撑体,浸渍涂膜制备聚合物膜,在空气中预氧化处理后,经500～800℃不同的炭化温度下制备出气体分离炭分子筛膜。为了考察炭化温度对炭膜结构和气体分离性能的影响,采用热重分析(TG)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和气体渗透等测试手段,对热解过程聚合物膜热稳定性、炭微晶结构及石墨化进程、微观形貌和气体分离性能进行了系统研究。结果表明,不同的炭化温度对所形成炭膜表现出不同物理和化学结构、炭结构和孔结构,最终影响炭分子筛膜的气体渗透性和分离选择性。     

管状复合炭膜的制备及气体分离性能

以商用PMDA-0DA型聚酰胺酸为涂膜液,采用浸渍涂膜法制备管状复合炭膜,考察支撑体的孔径尺寸、涂膜液浓度以及加入添加剂对所制备复合炭膜的气体分离性能的影响;并利用热重分析及扫描电镜考察所制备炭膜的热分解行为和复合效果.结果表明,与混煤支撑体相比,烟煤支撑体所制备的管状复合炭膜表现出更好的气体分离性能;随着涂膜液浓度的增加,气体的渗透速率呈先下降后上升的趋势,选择性则先增大后减小;添加表面活性剂不仅改善了涂膜液与支撑体表面的复合效果,减少了涂膜次数,同时提高了炭膜的气体渗透能力;在最佳制膜工艺条件下,H2、O2、CO2、N2的渗透速率分别为176.3×10-10、16.97×10-10、15.57×10-10、1.79×10-10mol/(m2·s·Pa),H2/N2、O2/N2、CO2/N2的选择性为100.7,10,9.34.     

造孔剂对煤基管状炭膜的结构和性能影响

以粉煤为原料制备管状炭膜,通过添加造孔剂来调控炭膜的孔结构,探讨了造孔剂的形状和添加量对炭膜孔结构、导电性和机械强度的影响,研究了造孔剂添加量对炭膜处理染料废水性能的影响.结果表明,粉末状造孔剂在炭膜中主要形成海绵状孔,纤维状造孔剂主要形成隧道状直通孔;随造孔剂添加量增加,炭膜的孔隙率和孔径增大,但导电性和机械强度下降;在水处理过程中,造孔剂添加量越大的炭膜,其跨膜压越小,渗透通量越高;炭膜对罗丹明B的去除率均达到近100%,但对COD不能完全去除,造孔剂添加量较大的炭膜的COD去除率相对较低;罗丹明B的初步降解产物仍具有一定色度,当被降解至较小的分子或者被完全矿化后,废水才能被完全脱色.     

成膜基质对炭膜结构与气体分离性能的影响

以间苯二酚-甲醛为碳源,F127为添加剂,经成膜与炭化得到炭膜.通过热失重分析、红外光谱、元素分析及透射电镜从微观上分析了前驱体的热解过程及碳结构演变.采用X射线衍射及氮气吸附技术分别测定了炭膜碳结构与孔结构.研究了成膜基质表面疏水性对成膜过程的收缩率、碳结构、孔结构及气体分离性能的影响.结果显示,成膜基质对炭膜微观结构与分离性能影响显著.疏水性较大的玻璃比聚四氟乙烯与不锈钢更有助于减小成膜过程中径向收缩率,并得到高比表面积与孔体积的炭膜,其对O2/N2选择性高达10以上.     

煤基管状炭膜的制备及应用

以煤为原料,与粘结剂混合后经挤压成型、炭化制备煤基管状炭膜.通过选用不同的煤种及加入模板剂对煤基炭膜的孔结构进行调控,并将其用于C/C复合气体分离膜支撑体及处理钛白废水、含油废水.结果表明:以煤基管状炭膜为支撑体,分别以聚醚砜酮(PPESK)和聚糠醇(PFA)为前体,采用浸渍涂膜法制备的气体分离用C/C复合膜,在25℃时H2/N2,O2/N2,CO2/N2的分离系数分别为104.3,13.7,21.8及347.0,12.5,31.4.经煤基炭膜处理后,钛白废水渗透液中TiO2的浓度为0.04 mg/L,TiO2的截留率为99.99%;含油废水的除油率可达到97%以上,渗透液中含油量小于10 mg/L.     

不同支撑体上Silicalite-1型沸石膜的形成与表征

晶种涂层二次合成法在澄清溶液合成体系,研究了在两种孔结构为0.1和4μm的α-Al₂O₃陶瓷管支撑体上,用晶粒大小为100和600nm的晶种进行涂层和silicalite-1沸石膜层的形成. SEM和XRD分析表明,两种支撑体的微结构差异很大,小孔支撑体的表面比大孔支撑体更平整、光滑,大孔支撑体有缺陷和空隙.用100nm的晶种进行涂层和晶化成膜,两种支撑体上均可形成连续的品种层及相应的沸石膜层,但在大孔支撑体上较长时间涂层才可获得连续晶种层;小孔支撑体上形成的晶种层及相应的沸石膜层质量较好.用600nm的晶种在两种支撑体上涂层和成膜的效果均较差,且晶粒较大的晶种更不易在大孔支撑体上形成连续晶种层,相应的成膜效果也差.     

有序介孔复合炭膜的制备及其性能研究

采用软模板法合成有序介孔炭(OMC),利用XRD、TEM及SEM等分析方法对其进行结构性能分析,探讨了催化剂和模板剂的种类及用量、反应温度等合成工艺条件对形成OMC结构性能的影响。以最佳工艺条件制备的OMC前驱体为涂膜液涂敷在管状微滤炭膜表面,经炭化制得有序介孔复合炭膜,而后考察了复合炭膜的气体渗透性能。结果表明:以盐酸为催化剂、模板剂F127/间苯二酚摩尔比为0.0081、反应温度为30℃时,可合成有序程度最佳的OMC前驱体。用该OMC前驱体涂敷微滤炭膜制备的有序介孔复合炭膜,改善了微滤炭膜的孔结构,最大孔径由0.530μm减小至0.299μm,同时提高了炭膜的气体渗透通量。其中,由混煤微滤炭膜所制有序介孔复合炭膜,N2气渗透通量达1.18·10-8m3·m-2·s-1·Pa-1,是未经修饰烟煤微滤炭膜的4倍。     

管式炭膜制备工艺对膜孔结构的影响

研究了以中间相炭微球为原料,羧甲基纤维素为添加剂制备管式炭膜过程中膜孔的形成及控制.扫描电子显微镜(SEM)分析表明,炭膜中的孔隙主要是由微球堆积的间隙和粘结剂高温分解形成的.热重分析(TG)和气泡法孔径测试结果表明,随着添加剂用量的减少和升温速率的提高,炭膜孔径减小;同时低于800℃炭化处理能够显著增加炭膜孔径.浸渍液浓度的增加和浸渍次数的增加均能减小炭膜平均孔径,说明制备工艺条件的控制是调整膜孔结构的有效手段.     

煤基多孔炭膜去除压载水中微藻的研究

针对船舶压载水转移所引起的外来生物入侵问题, 开发了以廉价煤为原料经挤压成型、炭化等工艺制备出煤基管状多孔炭膜。分别采用扫描电镜和气体泡压技术对煤基炭膜的微观形貌和孔结构特性进行表征, 并详细考察了压载水处理过程中微藻种类、跨膜压差、错流速率以及微藻密度对处理效果的影响。实验结果表明, 煤基炭膜表面光滑, 孔隙结构发达, 孔径均一, 这非常有利于处理压载水中微藻。压载水中微藻尺寸越大, 膜的稳定通量越小; 增大跨膜压差, 膜的稳定通量增幅变缓, 尤其对含有小球藻和叉鞭金藻的模拟压载水, 因其尺寸与炭膜平均孔径相近, 容易受压变形进入膜孔形成膜内污染, 变缓程度更为明显; 增大错流流速可增大膜表面剪切力, 减少微藻在膜表面堆积, 提高炭膜的稳定通量; 提高藻液密度, 加重膜表面污染, 降低膜的稳定通量。经炭膜处理后, 渗透液中均未检出微藻的存在, 显示出煤基多孔炭膜在船舶压载水处理领域具有潜在的应用前景。     

碳纳米管的性能及其在海水淡化膜分离材料中的应用

碳纳米管是近年来国内外广泛关注的一类纳米材料,具有一维特征孔道结构,能够有效促进液体分子的传输速率,是理想的海水淡化膜分离材料。通过将其引入到常用的海水淡化膜基质中,借以提高膜的分离性能,逐渐成为膜分离领域的一个研究热点。综述了碳纳米管在海水淡化膜分离材料中的应用与研究进展,介绍了碳纳米管的结构并阐述了其应用于海水淡化膜分离的优异性能,总结了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏中的应用研究现状并分析了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏应用中的挑战,探讨了碳纳米管在海水淡化膜分离材料中的应用潜力。     

Carbon Nanofibers Prepared via Electrospinning

Carbon nanofibers prepared via electrospinning and following carbonization are summarized by focusing on the structure and properties in relation to their applications, after a brief review of electrospinning of some polymers. Carbon precursors, pore structure control, improvement in electrical conductivity,and metal loading into carbon nanofibers via electrospinning are discussed from the viewpoint of structure and texture control of carbon.     

聚合物共混炭化法制备多孔炭材料的研究进展

聚合物共混炭化法有望成为一种能够对炭材料孔径进行精细控制的方法。该方法利用两种热稳定性不同、可形成相分离结构的聚合物共混炭化，热稳定性高的聚合物经过高温炭化成为炭基体，热稳定性差的聚合物则在热处理过程中分解气化，并在炭化产物中留下孔隙结构。综述了聚合物共混炭化法制备多孔炭材料的原理、方法、研究现状及最新进展，并指出共混聚合物分相相畴的控制和炭化过程中孔结构的控制是该法所存在的主要问题。     

炭材料的孔隙——调控的重要性

简要说明炭材料中的孔隙分类和特征后,就其孔隙调控方法及调控的重要性作了述评,首先评述了新近所知的常规活化工艺,而后展示了非活化处理的孔结构调控技术,诸如:模板法,PTFE脱氟,炭气凝胶,聚合物共混法,特定前躯体及制备条件选择等.提出了五类应用实例:CO2捕集、水蒸气吸/脱附、汽油蒸气吸附、超级电容器炭电极、重油吸附和回收等,进一步强调了炭材料孔隙结构凋控的重要性.     

管式炭膜孔结构及强度控制

以石油焦为原料,研究了原料粒度及混入中温沥青、酚醛树脂、田菁粉和淀粉等添加荆对管式炭膜孔结构和膜强度的影响.结果表明,随原料平均粒径的减小,所制得管式炭膜的平均孔径减小,但强度增大;加入酚醛树脂、田菁粉和淀粉等添加剂使炭膜孔径增大,但强度减小,而加入中温沥青则与之相反;以田菁粉为添加剂时炭膜的平均孔径达0.319μm,强度为4.40N/mm,以中温沥青为添加剂时炭膜的平均孔径为0.174μm,但强度高达13.78N/mm.     

A novel polyethersulphone microporous membrane

James Johnson, GE Osmonics, Westboro, Massachusetts, USAA family of polyethersulphone microporous membranes has been developed which are able to serve as a platform for a myriad of membrane filter devices. These membranes are described as being hardy, having a unique pore structure and many other beneficial attributes, which suggests that they will find use in a broad range of applications. Some of the important physical and performance characteristics of this membrane are presented and discussed in this article.     

热固性酚醛树脂基微滤炭膜的制备

实验合成了球形热固性酚醛树脂微粒,并以此为原料制备了微滤炭膜.炭膜的孔径分布结果表明,在原料粒度较小的情况下,所制得的炭膜孔径分布较窄,平均孔径和气体透量较小.对几种常见的粘结剂进行了筛选,当以甲基纤维素为粘结剂时,随着甲基纤维素用量的增加,微滤炭膜的孔径分布变窄,平均孔径及气体透量减小.炭化条件中炭化终温对炭膜性能的影响较大.