超临界CO2脱附作用调控负载纳米颗粒结晶动力学研究

依据经典成核理论和超临界领域中的结晶动力学相关模型,分析影响成核速率的主要因素及其规律。研究共溶剂辅助超临界CO₂溶解无机盐,在SBA-15介孔材料表面沉积实验的结果,发现伴随初始阶段的泄压速率逐步提升（0.05~18 MPa/min,20~14 MPa）,载体所负载的纳米颗粒的粒径逐渐减小至1.5 nm左右,与典型的晶核尺寸1 nm相接近,而担载量却出现逐渐增加的趋势。晶体的临界成核半径取为0.5 nm,通过Türk模型和Debenedetti模型计算超临界流体快速膨胀（RESS）工艺其喷嘴内的成核速率,与超临界反溶剂（SAS）群体平衡模型（PBM）的边界条件即SAS过程的初始成核速率相比较,三者的成核速率相接近,且利用快速泄压方法的沉积实验结果与按Cu担载量所估算的成核速率相接近。分析在沉积反应后的泄压阶段,超临界条件下的CO₂的脱附作用,可能成为吸附于载体表面的前驱物离子结晶的诱导因素。并且CO₂瞬时脱附量能够调控负载型纳米颗粒的成核速率,同时控制复合材料的金属担载量。为研究微观尺度下SAS过程的实现提供了实验与理论基础。     

超临界流体沉积制备[Emim][BF4]支撑型离子液体膜及其气体分离性能

为了进一步提高支撑型离子液体膜的制备效率及其CO2气体分离性能,将离子液体[Emim][BF4]以超临界流体沉积法负载到非对称的Al2O3支撑体内,制备了一系列支撑型离子液体膜,分别测定了CO2和N2两种纯气体在其中的渗透率,探究了制备参数(沉积时间、离子液体加入量和共溶剂加入量)对膜性能的影响规律。结果表明,基于[Emim][BF4]制备支撑型离子液体膜时,制备效率高且成品性能好。在最佳制备条件(沉积时间1 h、离子液体加入量1.875 mg/mL和共溶剂加入量11.25vol%)下所制得的支撑型离子液体膜的离子液体的负载量为2.6 mg/g,CO2和N2的渗透率分别为6.4和0.14 GPU,CO2/N2选择性为45.3。该支撑型离子液体膜既接近[Emim][BF4]的理论选择性上限,又达到了Robeson上限,同时具有良好的CO2气体渗透率和CO2/N2选择性。通过对比基于其他三种离子液体的支撑型离子液体膜的制备工艺和成品性能,发现在超临界流体沉积法中,用表面张力更大的离子液体并提高其在超临界流体中的浓度有利于大幅提升制备效率,其中离子液体浓度主要由其种类、加入量和共溶剂加入量等因素决定。选用低黏度和高CO2/N2溶解选择性的离子液体有利于提升支撑型离子液体膜的气体分离性能。