Synthesis of SBA 15 graphene oxide composite membrane using phenol–formaldehyde resin pore modifier for CO2 separation

Present study highlights the development of carbon-loaded SBA 15 membrane on clay-alumina tubular support and its performance on the CO₂ separation efficiencies from different mixture gases. To modify the large pores of SBA 15 by graphitic carbon, low molecular weight phenol–formaldehyde (PF) resin was incorporated into the mesoporous channel followed by calcination under inert atmosphere. The modified ordered pore structure of the membrane has been characterized by low-angle XRD, TEM, and pore size distribution analysis. The chemical state of the deposited carbon phase into the SBA 15 pores was analyzed by X-ray photoelectron and Raman spectroscopy. Carbon having graphitic nature mainly in graphene oxide has been deposited into the mesopore of SBA 15 resulting decrease in pore size from 8.9 to 1.0 nm. Finally, the developed SBA 15 carbon membranes were characterized by CO₂ permeation and separation selectivity of CO₂/CH₄, CO₂/CO. Highest CO₂/CH₄ separation factor was achieved as 16.9 with CO₂ permeance 13.6 × 10^–8 mol/m²/s/Pa at 200 kPa feed pressure by the 20% resin with 2 times coated membrane. In flue gas analysis, highest CO₂/CO separation factor of 32.8 was achieved. This study offers an observation on CO₂ separation from simulated BF gas for the first time and the results show the potential of the developed SBA 15/C composite membranes in commercial application.     

环氧丙烯酸酯微球消光母液的制备及光扩散性能的研究

以环氧丙烯酸酯（ G500-P）、三乙烯四胺（ TETA）和烯丙基二甘醇二碳酸酯（ CR-39）为反应体系,通过反应诱导相分离法制备了微米级环氧丙烯酸酯微球（ EAMs）消光母液。改变反应体系中 G500-P的用量,可在较大范围内控制 EAMs的粒径。通过 UV固化的方法将复配的消光母液与透明 UV固化涂料制成光扩散膜,探究了 CR-39与 G500-P不同质量比时制得的消光母液以及母液添加量对光扩散膜光学性能的影响,并对光扩散膜的实际消光效果进行了分析。结果表明：当选用 CR-39与 G500-P质量比为 7∶3制得的消光母液,添加量为 10%时,光扩散膜的透过率达到 84. 2%,同时雾度高达 85. 4%,光扩散膜兼具高透过率与高雾度。与传统直接共混微球的方式相比,添加消光母液能有效解决微球在共混过程中团聚的问题。     

基于平衡理论的模拟移动床工艺参数鲁棒寻优

在模拟移动床的实际工作过程中,由于进料浓度和温度变化以及色谱柱填充不一致等因素影响,初始工艺参数作业下的分离性能可能会出现下降。首先对模拟移动床的机理模型进行了分析;然后在色谱分离平衡理论的基础上,使用有限元正交配置法求解模型得到新的工艺参数点;最后以果葡糖浆组分分离为对象,使用所提方法求解有扰动作用时的优化工艺参数,结果显示果糖纯度的合格率从81%提高到99%,证明其具有良好的鲁棒性。     

能量分解前提下萃取剂的选择策略

煤焦油物质丰富、组成复杂,其中,含杂原子的芳香族化合物以及稠环芳烃具有极高的工业应用价值,但是难以通过石化行业获取。如何“破坏”杂原子芳香族化合物和稠环芳烃间的缔合作用,是高效分离的关键和萃取剂选择难点。若对待分离体系中各物质之间的“缔合结构”有清晰的认识,便可根据不同的能量范围设计萃取剂。据此,基于分子力场分析,获得了氮/硫杂原子芳香族化合物色散作用能的范围,约为 -15~-70 kJ/mol,比照分析低共熔溶剂萃取氮/硫杂原子芳香族化合物研究动态,对增强分子间相互作用的调控手段归类,印证了可以根据待分离体系不同的能量范围来选择萃取剂,这种萃取剂选择方法可以作为分离杂原子芳香族化合物和稠环芳烃的一种新策略。     

渗透汽化-隔壁塔精馏耦合初步分离费托合成水的过程研究

费托合成水中含有醇、酮、酸等多种高附加值含氧有机物可提取出来作为高附加值产品,但由于费托合成水处量大,共沸体系复杂,通常需要首先对其进行初步分离。设计了直接两塔精馏、渗透汽化-两塔精馏、直接隔壁塔精馏、渗透汽化-隔壁塔精馏四种可供选择的初步分离工艺。根据渗透汽化实验数据在Aspen Plus中构建渗透汽化过程模型并进行模拟,结合灵敏度分析得到精馏过程的最佳工艺参数和模拟结果,并对四种工艺的能耗和有效能损失进行对比。结果表明,渗透汽化-隔壁塔精馏工艺具有明显的节能优势,其能耗较直接两塔精馏可降低15.85%,有效能损失降低45.74%。经渗透汽化膜预浓缩后,溶液的浓度可进入隔壁塔的适宜分离浓度区间,以充分发挥隔壁塔优势。由于渗透汽化所需能量可由余热等低品位热源提供,在余热充足的煤化工领域中可显著降低有效能损失。对于该过程而言,当渗透汽化膜价格低于438元/m²时,渗透汽化-隔壁塔精馏耦合工艺将会表现出较高的经济性。     

多孔网幕泡破压力预测模型的建立及实验验证

金属多孔网幕具有比表面积大、物理稳定性好等诸多优点,广泛应用于推进剂在轨气液分离及相变传热等领域。泡破压力是衡量其相分离性能的关键参数,可根据多孔介质的有效泡破孔径确定。然而多孔网幕的孔隙结构极其复杂,泡破孔径计算仍未有通用且高效的方法。建立了一种基于三维孔隙结构的多孔网幕泡破压力的通用型解析模型。该模型仅依赖于多孔网幕的几何结构参数,无须实验即可有效预测多孔网幕的泡破压力。模型预测结果与本文实验及文献实验中不同网幕规格、低温及常温工质数据吻合良好,平均误差仅为8%,表明该解析模型具有普适性和准确性,可为基于多孔网幕的液体获取装置的设计与性能预测提供参考。     

聚乙烯胺/Cu3（BTC）2-MMT-NH2混合基质膜的制备及气体传递性能

采用阳离子交换与Cu₃(BTC)₂原位合成相结合制备Cu₃(BTC)₂-MMT,同时,借助3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)氨基功能化制备Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂杂化材料。然后,将杂化材料添加到聚乙烯胺(PVAm)基质中作为选择性涂层涂覆到聚砜(PSf)支撑体上,制备了PVAm/Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂混合基质膜。通过XRD和FTIR对杂化材料的晶态结构和化学结构进行了表征,同时采用ATR-FTIR证实了Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂杂化材料与PVAm基质之间存在氢键相互作用。系统性研究了PVAm/Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂混合基质膜中MMT阳离子交换量、Cu₃(BTC)₂-MMT与KH550的质量比、Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂的负载量、操作压力、湿膜厚度、操作温度以及混合气作为原料气对膜CO₂渗透性、CO₂/N₂选择性的影响。结果表明：在纯气气氛,操作温度为25℃、操作压力为1 bar(1 bar=0.1 MPa)的条件下,当Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂负载量为3%(质量)时,膜的气体分离性能最优,CO₂渗透率为203 GPU(1GPU=10^-6 cm³·cm^-2·s^-1·cmHg^-1,1 cmHg=1333.22 Pa),CO₂/N₂选择性为100.7,远高于添加MMT、Cu₃(BTC)₂和MMT/Cu₃(BTC)₂混合物的混合基质膜。这是由于Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂具有层间快速传递通道且与聚合物基质有良好的相容性。此外,混合气测试条件下,混合基质膜运行360 h,仍能保持优异的CO₂分离性能稳定性。     

Pebax/a-MoS2/MIP-202混合基质膜的制备及CO2分离性能

为了获得高性能的CO₂/N₂分离膜,把空气中氧刻蚀的二硫化钼（a-MoS₂）和金属有机框架材料MIP-202通过机械力化学反应制备的双功能填料作为分散相,聚醚嵌段酰胺（Pebax-1657）作为连续相,采用溶液浇铸法制备了Pebax/a-MoS₂/MIP-202混合基质膜。采用FT-IR表征了填料的化学结构,借助ATR-FTIR、SEM、TG和力学性能测试表征了混合基质膜的化学结构、微观形貌结构、热稳定性和物理力学性能。研究了水含量、双功能填料配比、含量、膜两侧压差和操作温度对膜气体分离性能的影响,并考察了模拟烟道气（CO₂/N₂体积比15/85）条件下混合基质膜的长时间运行稳定性。结果表明：在温度为25℃、膜两侧压差为0.1 MPa的操作条件下,a-MoS₂与MIP-202质量比为5∶5和双功能填料含量为6%（质量）时,膜的气体分离性能达到最优,CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性分别为380 Barrer和124.7,超过了2019年McKeown等提出的上限值。连续测试360 h后,混合基质膜的性能没有明显降低,其平均CO₂渗透性和CO₂/N₂选择性分别为358 Barrer和120.1。这主要是由于a-MoS₂和MIP-202协同提高了膜的气体分离性能。     

持久疏水涂层织物的制备及其油水分离性能研究

以甲基三乙氧基硅烷（ MTES）为原料,采用溶胶 -凝胶法,在 MTES溶胶中引入端羟基聚二甲基硅氧烷（ PDMS-OH）柔性疏水链段,制得聚硅氧烷凝胶,研究了柔性疏水链段对聚硅氧烷凝胶的柔韧性及疏水性的影响;采用浸渍涂覆的方法,在聚酯织物表面负载聚硅氧烷凝胶,固化后制备得到涂层织物。采用红外光谱（ FT-IR）、抗弯模量和水接触角,对聚硅氧烷凝胶及织物涂层的结构、柔韧性、疏水稳定性及其耐久性进行表征。结果表明： PDMS-OH能够大幅提高涂层织物的柔韧性和疏水性,在聚硅氧烷溶胶中,加入 0. 10 mol端羟基含量为 8. 5%的 PDMS-OH时,涂层织物的静态水接触角可达到（ 138±2）°,且具有持久的稳定性;同时,油水分离实验结果表明,制备的涂层织物可以实现以正己烷、苯和苯胺为代表的烷烃、芳香烃类等油水混合物的有效分离。     

APTES改性ZIF-L/PEBA混合基质膜强化渗透汽化分离苯酚研究

渗透汽化(PV)膜分离是一种高效节能、无污染的化工分离技术,在有机废水处理领域的应用潜力巨大。以3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性二维ZIF-L(AZLs),将其引入聚醚嵌段酰胺(PEBA)内制备AZLs/PEBA混合基质膜,用于分离水溶液中的苯酚。系统表征了所制膜的微结构与物化特性,考察了APTES添加量、AZLs填充量、操作温度、料液浓度等对膜分离性能的影响。结果表明：AZLs均匀分散在PEBA基质中,表明两者具有良好的界面相容性。AZLs的加入使得膜疏水性增强而表面自由能降低,从而提高了PEBA膜的选择性。当分离80℃、1000 mg/kg苯酚水溶液时,AZLs/PEBA膜总通量可达2046 g/(m²·h),分离因子为25.4,并且具有一定的稳定性。所制AZLs/PEBA混合基质膜在含酚废水处理方面具有应用前景。