超稀溶液体系中高性能MFI型沸石膜的制备及表征

以廉价管状大孔α-Al₂O₃作为载体, 采用二次生长法, 在超稀溶液体系(H₂O/SiO₂=1000)中成功制备了高性能MFI型沸石膜, 分别考察晶种尺寸和H₂O/SiO₂对沸石膜的形貌及渗透蒸发性能的影响。结果表明, 尺寸为0.4 μm晶种制备的晶种层具有更大的晶核密度, 能够增加载体表面的成核位点, 因此对沸石膜的生长具有更强的诱导作用。超稀溶液体系中低浓度的模板剂和硅源环境能够控制沸石晶体的生长速率, 从而降低沸石膜厚度, 同时可以抑制晶间缺陷的形成。将制备的沸石膜用于60℃渗透蒸发分离5wt%乙醇/水混合物, 分离因子α_(乙醇/水)和渗透通量分别为47和4.09 kg/(m²·h)。采用超稀的合成液配方和廉价大孔载体, 既可以降低沸石膜制备的原料成本, 又可以提高沸石膜的渗透通量, 显示出MFI型沸石膜在脱除水中低浓度有机物潜在的工业化应用前景。     

含氟体系下亲水性ZSM-5沸石分子筛膜的制备及其性能

用变温热浸渍法在廉价大孔α-Al₂O₃的载体管上涂覆大小晶种引入平整均匀的晶种层, 随后在无有机模板剂的含氟体系下通过二次水热生长法制备了亲水性ZSM-5沸石分子筛膜。实验考察了小晶种液浓度对形成晶种层及ZSM-5沸石分子筛膜形貌和性能的影响。并将制备的ZSM-5沸石分子筛膜分别用于渗透汽化异丙醇脱水和乙酸脱水体系中。结果显示, 小晶种液浓度为0.2wt%时, 制备的ZSM-5沸石分子筛膜在75℃下对10wt%水/异丙醇和10wt% 水/乙酸混合物体系均具有优良的分离性能, 其渗透通量分别为3.64 kg/(m²·h)和0.61 kg/(m²·h), 分离因子分别达3204和1321。     

两步晶化制备高性能a&b取向T型沸石膜

采用廉价的大孔α-Al₂O₃作为载体, 通过二次晶种诱导+两步变温水热合成工艺, 成功制备出薄而致密的高性能T型沸石膜。该方法能够充分发挥晶种的诱导成核作用, 通过改变两阶段水热晶化温度和时间来控制晶种外延生长和晶体生长方向, 最终获得了连续、无缺陷的a&b取向T型沸石膜。实验过程中详细考察了第一阶段的晶化温度、晶化时间以及第二阶段的晶化温度对沸石膜表面结构和性能的影响, 并将最优两步晶化条件下制备的膜用于90wt%的异丙醇/水渗透汽化分离, 在75 ℃下膜的通量为3.84 kg·m ^-2·h ^-1, 分离因子大于10000。     

红辉沸石两步水热制备高品质X型分子筛及其高效吸附Cd2+、Ni2+性能研究

本研究以红辉沸石为原料，经两步水热法制备高品质的X型分子筛，探究了n(H₂O/SiO₂)、n(Na₂O/SiO₂)、n(Al₂O₃/SiO₂)、陈化时间、晶化温度、晶化时间等因素对红辉沸石转化为X型分子筛的影响，以及考察了X型分子筛对Cd²⁺、Ni²⁺的吸附性能。研究表明，X型分子筛的最优转化条件为：n(H₂O/SiO₂)=55、n(Na₂O/SiO₂)=1.1、n(Al₂O₃/SiO₂)=0.33、陈化时间48 h、晶化温度82℃、晶化时间4 h。红辉沸石溶解后解聚为低聚态Si物种且在体系中保留参与分子筛的生长，使得所合成的X型分子筛相对结晶度达100%、n(Si/Al)值为1.14,并缩短了晶化时间和降低了晶化温度，其中所合成的X型分子...     

蒸汽相转化涂晶法SAPO-34分子筛膜的制备及表征

采用一种新型涂晶方法即蒸汽相转化涂晶法, 在廉价大孔α-Al₂O₃载体上水热合成制备高质量的SAPO-34分子筛膜。该方法能够有效修复α-Al₂O₃载体的大孔缺陷, 通过制备平整均匀的晶种层, 最终得到了连续并且无明显“针孔”缺陷的SAPO-34膜。实验考察了浆料中添加尺寸分别为2 μm、1 μm、500 nm及100 nm的晶种对形成晶种层及分子筛膜的影响, 并将制备的分子筛膜用于渗透汽化异丙醇脱水实验。在75℃下对90wt%的异丙醇/水混合物具有优良的分离性能, 其通量和分离系数分别为1.396 kg/(m²·h)和973。     

BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能

以BPDA-ODA型聚酰亚胺为前躯体,沸石为掺杂剂,通过成膜和炭化等过程制备了杂化炭膜.分别采用热失重、X射线衍射、扫描电子显微镜及渗透技术研究了前躯体热稳定性,炭膜微观结构、形貌及气体分离性能.考察了ZSM-5与5A两种沸石含量、炭化温度、渗透温度及渗透压力等因素对炭膜气体分离性能的影响.结果表明:H₂、CO₂、O₂和N₂ 4种气体主要以分子筛分机理渗透通过炭膜,实现选择性分离.在650℃炭化温度下得到杂化炭膜随沸石含量提高,气体渗透性与选择性均略降低;5A杂化炭膜的渗透性与选择性都显著高于ZSM—5杂化炭膜;随渗透压力提高,杂化炭膜的气体渗透性与选择性升高.当炭化温度从650℃升高到750℃时,杂化炭膜的渗透性降低.     

小晶粒TS-1分子筛膜的制备及表征

以椭球形小晶粒TS-1分子筛为晶种, 采用超声法在多孔α-Al₂O₃载体上获得紧密、均匀、连续的晶种层, 经二次生长形成小晶粒的TS-1分子筛膜. 通过改变合成液碱度(OH^-/Si)和晶化时间等合成参数, 调变分子筛膜的微结构. SEM和XRD检测结果表明, 当OH^-/Si＝0.09, 水热合成24h时, 晶种没有交联成膜, 延长晶化时间至48h, 可得到致密交联的TS-1分子筛膜, 晶体的大小约为500nm, 进一步延长晶化时间至72h时, 膜的结晶度降低, 表面覆盖一层无定形物质. 提高碱度, OH^-/Si＝0.21, 水热反应24h, 得到的膜结构不对称, 上层是高度交联的致密分子筛膜, 晶粒大小约为400nm, 致密膜与载体之间没有交联生长的晶种.     

四通道中空纤维NaA分子筛内膜的制备与表征

采用错流真空抽吸涂晶与动态水热合成的方法在四通道陶瓷中空纤维载体的内表面制备出高性能的NaA分子筛膜, 并用于75℃下90wt%乙醇/水混合物渗透汽化脱水分离, 系统考察了晶种液流速、涂晶时间与合成温度对NaA分子筛膜形貌与分离性能的影响。结果表明, 当晶种液流速为100 mL/h、涂晶时间为5 s时制备的NaA分子筛膜致密均匀; 晶种液流速过慢或者涂晶时间过长会导致膜厚增加同时也会在膜表面产生缺陷。当膜在100℃下水热合成两次, 制备的NaA分子筛膜分离性能最佳, 此时膜的分离因子为1585, 通量高达8.8 kg/(m²•h)。当合成温度过低时, 膜的晶化程度较低, 膜表面出现缺陷; 当合成温度过高时, 膜晶体生长速率过快, 交互生长程度较差, 膜的断面产生缺陷, 导致膜分离性能较低。     

负载型TS-1沸石膜催化剂的制备、表征及其催化性能研究

利用水热合成法在α-Al₂O₃陶瓷管表面制备了连续完整的钛硅(TS-1)沸石膜, 并且利用该膜催化剂催化丙烯直接环氧化合成环氧丙烷(PO)。采用SEM、XRD、FT-IR和UV-Vis等表征手段及丙烯环氧化反应测试, 详细研究了合成液中Ti/Si比对TS-1沸石膜形貌、结构及催化性能的影响。结果表明, 合成液中Ti/Si比在0.01~0.04范围内, 所合成的TS-1沸石膜均具备典型MFI型拓扑结构。但当Ti/Si比>0.02时, 随着Ti/Si比升高, TS-1沸石膜表面沸石颗粒排列变得杂乱, 且TS-1沸石沉积量逐渐减少, 沸石晶间缺陷增多, 丙烯渗透速率增大。而且, 当Ti/Si比= 0.03、0.04时, 由于所合成的TS-1沸石膜中存在大量非骨架钛, 导致在丙烯环氧化反应中PO选择性和PO生成速率明显降低。当Ti/Si比为0.02时, 合成的TS-1沸石膜骨架钛含量最高, 其催化性能最佳, H₂O₂转化率、PO选择性和生成速率分别为12.43%、95.80%和15.78 mmol/(h·g)。TS-1沸石膜在丙烯环氧化反应中重复使用8次, 其催化性能保持相对稳定。     

利用铝灰和微硅粉制备4A分子筛的研究

铝灰和微硅粉分别是铸造铝和硅铁合金冶炼过程中产生的固体废弃物,含有丰富的氧化铝和氧化硅,为了符合国家环保要求以及资源再生化利用,通过从铝灰和微硅粉中提取氧化铝、氧化硅,并以此为原料制备4A分子筛。通过水热法探究最佳工艺条件,制备出了符合国家行业标准的4A分子筛,并对其分别进行了XRD、FTIR、SEM及BET表征,测定了钙离子交换能力。结果表明：在硅铝比(n(SiO₂)/n(Al₂O₃))2.0、碱度(n(Na₂O)/n(Al₂O₃))2.5、晶化温度100℃、晶化时间10 h的条件下制备的4A分子筛具有清晰的、均匀的立方晶型结构及良好的钙离子交换能力(362 mg CaCO₃/g),可用作洗涤助剂,为固体废弃物的资源化利用提供了新思路。     

热处理对Mg-Al-Si-Ti-B系微晶玻璃析晶及介电性能的影响

采用差热分析仪(DSC), X射线衍射仪(XRD)及扫描电子显微镜(SEM)等测试手段, 研究了不同烧结制度下19MgO-23Al₂O₃-53SiO₂-4TiO₂-2.5B₂O₃(wt%, M-A-S-T-B)系微晶玻璃样品的析晶过程、相成分与含量及微观形貌, 并分析了核化与晶化时间对材料微波介电性能的影响关系。结果表明, 根据玻璃受控析晶机制, 当热处理制度为850℃/2 h+950℃/2 h时, 斜顽辉石(MgSiO₃)相得以较好的析出, 且伴随有α-堇青石(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)、镁铝硅酸盐(xMgO-yAl₂O₃-zSiO₂)和方石英(α-SiO₂)相的析出。随着核化时间的延长, M-A-S-T-B体系各晶相种类及析出量变化不明显; 而随着晶化时间的延长(20 h), 材料的晶化程度提高, 品质因数(Q×f)得以提升, 颗粒状晶粒析出趋于显著; 但当晶化时间进一步延长至30 h时, 样品致密度降低, 介电损耗略有增大。在热处理制度为850℃/2 h+950℃/20 h下, 样品获得的微波介电性能较优: ε_r=3.85、τ_f ≈-5.37×10^-6/℃和Q×f ≈12740 GHz(f₀=13.973 GHz)。     

超细钙钛矿型LaCoO3的制备、表征及光催化性能研究

以La₂O₃和Co（NO₃）₂·6H₂O为主要原料,用溶胶-凝胶法结合超临界流体干燥技术制备了超细钙钛矿型LaCoO₃。采用TG-DTA、XRD、FT-IR和TEM检测手段进行表征;以15W的紫外灯为光源,用甲基橙溶液的光催化降解测试超细LaCoO₃的催化活性。结果显示,250℃时经超临界流体干燥,可获取直径小于10nm的无定形LaCoO₃球形颗粒;850℃热处理后,可制得粒径介于15～35nm之间的钙钛矿型LaCoO₃类球形颗粒;900℃时La-Co超细粒子中晶相成分为LaCoO₃和La₂O₃,无定形成分为Co₂O₃,稀土镧影响了钴氧化物的晶化;在超细LaCoO₃催化作用下,10mg/L甲基橙溶液500mL完全降解约需4h。     

湿法合成LiNixCoyMn1-x-yO2的E-pH图绘制及其电性能

通过热力学计算获得了Li-Ni-Co-Mn-H₂O系中各物质的热力学数据, 从而绘制了25℃和200℃、离子活度为1.00下的Li-Ni-Co-Mn-H₂O系电位-pH图。热力学分析结果表明: 温度为25℃时, 在pH 3~13范围内, 水溶液中未出现LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂稳定区域; 随着温度升高, Li-Ni-Co-Mn-H₂O系中各物质的稳定区域向低pH和低电位方向移动。在温度为200℃, pH为9.7~13.0的水溶液中出现了LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂稳定区域。这说明在一定温度下, 水溶液中合成LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂是可能的, 且提高温度有利于合成反应进行。进一步通过实验验证, 以(Ni_0.5Co_0.2Mn_0.3) (OH)₂前驱体和LiOH·H₂O为原料, 在水溶液中成功获得具有α-NaFeO₂层状结构的锂镍钴锰四元前驱体, 经过热处理后得到循环稳定性良好的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料。实验结果证明, 所绘制Li-Ni-Co-Mn-H₂O系E-pH图是可靠的, 且湿法合成LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料具有良好的循环性能。     

高长径比硼酸镁晶须的制备及生长机理研究

以六水氯化镁和硼砂为原料, 以氯化钠、氯化钾作为助熔剂, 通过熔盐法制备出长为200~800μm, 最大长径比为250, 品质均匀的硼酸镁晶须. 采用XRD分析、光学显微和SEM观察, 研究产物的结构和形貌, 并研究不同n(B)/n(Mg)、反应温度和时间对硼酸镁晶须生长过程及质量的影响, 结果表明, 反应的最佳条件是n(B)/n(Mg)=3:1、反应温度为900℃、恒温时间为6h. 根据XRD分析, 表明Mg₂B₂O₅晶须的生成经过中间产物方硼石Mg₃B₇O₁₃Cl的转化过程, 晶须生长需要一个富硼的环境. 晶须的生长机理符合L-S机理.     

Effect of preparation conditions on properties of atomic layer deposited TiO2 films in Mo–TiO2–Al stacks

TiO₂ films were grown by atomic layer deposition on Mo electrodes in order to elucidate the dominating conductance mechanism and its dependence on the growth chemistry. TiCl₄ and Ti(OC₂H₅)₄ served as titanium precursors, and H₂O or H₂O₂ as oxygen precursors. The films grown at lower temperatures were amorphous. With increasing growth temperatures the crystallization first started in the TiCl₄–H₂O process. The films grown in this process were clearly leakier compared to the films grown from Ti(OC₂H₅)₄ and H₂O and from Ti(OC₂H₅)₄ and H₂O₂. In the Ti(OC₂H₅)₄-based processes, the application of H₂O₂ instead of H₂O resulted in the films with considerably lowered conductivity, although structural differences in these films were insignificant. Space–charge-limited currents were prevailing in all our amorphous Mo–TiO₂–Al packages. Measurements at different temperatures suggested quite high trap densities likely due to the presence of impurities and structural disorder, while the strong differences in conductivity seemed to be due to different densities of gap states.