双胺芴基聚酰亚胺的合成及性能

以9,9-双(4-氨基苯基)芴(BAF)为二胺,分别与6种二酐单体——均苯四甲酸二酐(PMDA)、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐(ODPA)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸酐(BTDA)、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)、4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)和1,2,3,4-环丁烷四甲酸二酐(CBDA),经室温溶液缩聚反应得到聚酰胺酸溶液,再经化学酰亚胺化反应得到芴基聚酰亚胺(PI)。采用红外光谱、差示扫描量热分析、热重分析、溶解性测试及气体分离性能测试等手段对PI的结构和性能进行了表征。所合成的PI在N-甲基吡咯烷酮(NMP)等强极性溶剂中均具有良好的溶解性,且表现出良好的热性能,玻璃化转变温度(Tg)均在300℃以上,芳香族PI的起始热分解温度也均超过500℃,经600℃热处理的芴基PI,表现出了较好的气体渗透性能,但PI-CBDA膜的气体通量最小。     

聚醚砜酮薄膜在炭化过程中化学结构的变化

用傅里叶变换红外光谱法研究了聚醚砜酮薄膜试样在氩气氛中，室温至950℃热解过程中固体残留物的内部结构的转变。根据谱带的变化规律，提出了试样在热解炭化时会沿着二氮杂萘环的N—N键断裂，形成共轭腈基及异氰基的苯环化合物。异氰基化合物进一步二聚成二苯基碳化二亚胺，后者又聚合生成含氮杂环的多环芳烃。继续热解炭化会导致芳杂环的合并和脱除HCN等气态小分子，生成连续巨大的含氮杂芳环多环化合物。再经稠环芳构化最终得到具有芳环层面结构的大分子固态残留物。     

强化甲醇制氢反应的酚醛树脂基炭膜制备

为了强化甲醇制氢反应,分别以酚醛树脂和间苯二酚-甲醛为前驱体,制备了炭膜及复合炭膜.采用扫描电镜和氮气物理吸附等手段对炭膜及复合炭膜的微观形貌与孔径分布进行了分析.考察了原料粒度及固化剂用量对炭膜孔结构以及涂膜次数对复合膜分离性能的影响,并将所制备的炭膜与复合炭膜耦合在反应器内用于强化甲醇水蒸汽重整制氢反应.结果表明,当固化剂质量分数为6%时,炭膜孔径分布最窄,且平均孔径为0.16μm.随涂膜次数从1次增至3次,复合炭膜的透气性先降低后增大.对于甲醇水蒸汽重整制氢反应的转化率而言,炭膜与复合炭膜反应器分别比传统固定床提高了1.6倍和1.9倍.     

成膜条件对聚丙烯腈炭膜性能的影响

采用浸渍法在煤基炭管上制备出聚丙烯腈基复合炭膜,考察了成膜条件对聚丙烯腈基炭膜的性能的影响.结果表明,涂膜液温度、环境湿度、提升速率和干燥温度对炭膜性能均有一定程度影响,通过优化这些实验参数可以制备出复合效果较好,表面光滑无缺陷的聚丙烯腈炭膜.     

添加磁性纳米粒子制备气体分离功能炭膜

以聚酰胺酸为炭膜前驱体,分别以Fe_3O_4、γ-Fe_2O_3、Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4以及二茂铁为掺杂物,经高温热解制备了4种Fe系物质掺杂的气体分离功能炭膜,对所制备的功能炭膜微结构及磁性能进行了表征.结果表明,各掺杂物在热解炭化过程中发生了物相结构的变化,其中Fe_3O_4和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米粒子对前驱体起到了催化石墨化的作用.气体渗透测试结果表明,各掺杂物所制备的功能炭膜以分子筛分机理为主导进行气体分离,且气体渗透性能都有了显著的提高,特别是小分子气体H2渗透性最大提高了近48倍,Fe3O4掺杂所制备的功能炭膜,其H_2、CO_2、O_2、N_2和CH_4等单组分气体的渗透系数分别达到了12 194、3 433、1 175、136和74 Barters[1Barter=1×10~(-10)cm~3(STP)·cm/cm~2·s·cmHg].经FeO_4、γ-Fe_2O_3和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4掺杂制备的功能炭膜更是提高了H_2/CO_2的分离选择性.     

炭化条件对聚丙烯腈炭膜性能的影响

采用浸渍法在煤基炭管上制备出聚丙烯腈基复合炭膜,考察了炭化条件对聚丙烯腈基炭膜性能的影响.结果表明,炭化温度和升温速率对炭膜的孔结构及分离性能的影响较大,而惰性气体流率和恒温时间的影响则相对较小.通过优化这些实验参数可以制备出复合效果好、表面光滑无缺陷的聚丙烯腈炭膜.     

染料敏化太阳能电池无FTO煤基炭对电极的研究

分别以气煤、焦煤、瘦煤为原料制备了低成本、高性能煤基炭对电极(counter electrodes, CEs), 并使用煤基炭CE同时代替导电玻璃基底和催化层, 分别考察了浸渍和表面修饰对煤基炭CE结构和光电性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和电化学阻抗谱等表征手段, 对煤基炭CE的结构和性能进行了表征。结果表明: 浸渍后煤基炭CE形成了底层致密表层多孔的一体化结构; 经过表面修饰的煤基炭CE表现出良好的光电性能, 其开路电压(V_oc)、短路电流密度(J_sc)和填充因子(FF)分别为0.79 V、13.48 mA/cm²和0.67, 光电转化效率(η)达到了7.16%, 与传统Pt电极的效率相当, 比石墨电极效率提高30%。煤基炭CE是传统Pt/FTO电极的良好替代材料。     

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。     

含螺环结构的二胺及其聚酰亚胺的合成与性能

首先,以双酚A和甲磺酸反应合成出3,3,3',3'-四甲基-6,6'-二羟基-1,1'-螺旋双茚满,然后与2-氯-5-硝基三氟甲苯反应得到3,3,3',3'-四甲基-6,6'-双[4-硝基-2-三氟甲基苯氧基]-1,1'-螺旋双茚满,最后在Pd/C-水合肼还原作用下得到3,3,3',3'-四甲基-6,6'-双[4-氨基-2-三氟甲基苯氧基]-1,1'-螺旋双茚满。采用上述二胺单体分别与1,2,3,4-环丁烷四酸二酐、均苯四甲酸二酐、联苯二酐、3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐、3,3',4,4'-二苯酮四酸二酐和六氟二酐通过两步法制备出6种含螺环结构的聚酰亚胺(PI)。采用核磁、红外光谱、X射线衍射、紫外-可见光谱、热重分析、差示扫描量热分析和溶解性测试等手段表征了所得化合物和PI的结构与性能。研究结果表明,这些含螺环的PI主要表现为非晶结构和较大的分子链间距离,且具有良好的溶解性、光学性能和热性能。     

ODPA-ODA型聚醚酰亚胺膜的预氧化机理

为了开发新型高性能炭膜前驱体材料,研究了ODPA-ODA型聚醚酰亚胺膜经430~530℃空气氛围的预氧化机理.借助热重分析、红外光谱、元素分析及x-射线衍射等手段,分析了预氧化温度对预氧化膜的溶解度、柔韧度、表面官能团、元素质量分数及微观结构的影响.结果表明:优化预氧化过程是制备无缺陷高质量炭膜的关键.预氧化可提高热稳定性,形成的交联结构有利于提高残炭量和成膜性.随预处理温度的提高,交联程度提高,但当温度高于490℃时会发生过渡氧化.