超声辅助溶胶-凝胶法制备中空纤维TiO2超滤膜

TiO₂膜具有亲水性强和热化学稳定性好等优点而用于超滤分离, 但是TiO₂膜以管式膜为主, 渗透通量低且制备周期长。为了提高TiO₂膜的渗透通量, 并缩短膜的制备周期, 本工作以钛酸四丁酯为前驱体, 采用超声辅助溶胶-凝胶法制备高通量的中空纤维负载型TiO₂超滤膜。系统考察了硝酸与钛酸四丁酯的摩尔比(酸钛比)、超声时间和煅烧温度对TiO₂溶胶粒径及膜截留性能的影响。结果表明：当酸钛比为0.25时, 溶胶的平均粒径为3252 nm, 采用超声处理30 s后, 平均粒径减小至1817 nm。采用超声后的溶胶循环涂膜并在350 ℃煅烧两次后可得到完整无缺陷的中空纤维TiO₂超滤膜, 膜层平均厚度为1 μm, 膜的纯水渗透通量为145 L·m^-2·h^-1·bar^-1(1 bar=0.1 MPa), 葡聚糖截留分子量为2586 Da, 对应的平均孔径为2.5 nm。     

季铵盐壳聚糖/聚砜复合纳滤膜的制备及性能表征

通过涂敷交联法制备了一种新型荷正电纳滤膜,其中以三甲基壳聚糖酰氯（TMC）为膜材料配制铸膜液,以聚砜超滤膜为基膜,环氧氯丙烷为交联剂.试验在全面考察该复合纳滤膜制备工艺基础上,重点探讨了交联时间对复合纳滤膜性能的影响.结果显示:该方法极大地缩短了交联时间,最优交联时间仅为2 h;同时最优条件所制备纳滤膜的纯水透过系数为14.09L/（m²·h·MPa）,表面粗糙度约为4 nm;对无机盐的截留顺序符合以下规律:MgCl₂>NaCl>MgSO₄>Na₂SO₄,满足荷正电纳滤膜的Donnan平衡模型.     

溶剂冲洗对界面聚合制备中空纤维聚酰胺纳滤膜的影响

以自制的聚砜(PSf)中空纤维超滤膜为基膜,以哌嗪为水相单体,均苯三甲酰氯为有机相单体,在PSf基膜内表面进行界面聚合反应,制备内压式中空纤维聚酰胺纳滤膜.重点研究了溶剂冲洗过程对界面聚合制备中空纤维聚酰胺纳滤膜的影响.此外,考察了哌嗪浓度、均苯三甲酰氯浓度、反应时间等条件对中空纤维纳滤膜脱盐性能的影响,表征了膜表面形貌和化学性质.在最佳条件下制备的内压式中空纤维纳滤膜的纯水渗透通量为124 L/(m²·h·MPa),截留分子量约为360,对不同无机盐的截留顺序为：Na₂SO₄(97.71%)>MgSO₄(95.08%)>CaCl₂(54.44%)>NaCl(16.18%).     

颗粒溶胶路线制备高通量γ-Al_2O_3纳滤膜

颗粒溶胶路线制备陶瓷膜是一种不使用有机溶剂的清洁工艺.以仲丁醇铝为前驱体,采用水作溶剂,调节pH为3~4,通过颗粒溶胶路线制备了平均粒径为16nm稳定的勃姆石溶胶.通过浸浆法,在α-Al2O3微滤底膜上制备γ-Al2O3纳滤膜,并考察了热处理过程及涂膜时间的影响.控制涂膜时间为60s,烧结温度为600℃,所制备的γ-Al2O3纳滤膜膜层厚度约为1.8μm,对PEG的截留分子量约1 000Da,计算孔径为1.6nm,其纯水通量约为20L/(m2·h)(0.1MPa).采用颗粒溶胶路线适合制备γ-Al2O3纳滤膜.     

超声辅助的溶胶-凝胶法制备ZrO_2纳滤膜

提出采用超声辅助溶胶-凝胶法制备ZrO_2纳滤膜.以水作为溶剂,通过在溶胶的制备过程中引入超声场,避免了沉淀的产生.在前驱体水解阶段实现了对溶胶粒径的控制,获得了平均粒径为1～2nm的ZrO_2颗粒溶胶.超声场的引入不仅可以促进ZrO_2颗粒溶胶的形成,还有利于提高ZrO_2材料的热稳定性.经400℃煅烧后,获得四方相ZrO_2纳滤膜,膜层光滑完整无缺陷,膜厚较薄,约为250nm.纳滤膜表现出较高的分离性能和渗透性能,对PEG的截留相对分子质量为600左右,对应的Stokes直径约为1.2nm,纯水渗透通量为200～250L/(m~2·h·MPa).初步考察了ZrO_2纳滤膜在低聚果糖纯化中的应用,用于脱除低聚果糖中的单糖和二糖组分.     

可用于镁锂分离的双荷电纳滤膜研制

近年来，随着新能源材料的快速发展，锂的需求量大幅上涨．为满足日益增长的锂需求，采用纳滤技术从盐湖提锂已成为一种趋势．通过调控纳滤膜表面电荷和孔径以提高Mg²⁺的截留率和Li⁺的渗透率，可显著提高Mg²⁺/Li⁺的选择性．采用氨乙基哌嗪(AEP)为水相单体、均苯三甲酰氯(TMC)为有机相单体，通过调控水相单体浓度变化，控制分离层致密性和正反面电荷，制备了具有镁锂选择性的平板纳滤膜．研究结果表明，采用该单体制备的纳滤膜对MgCl₂截留率为97.6%，单盐镁锂分离因子为24.5，在混盐体系(Mg²⁺/Li⁺质量比为20)中镁锂分离因子为44.8.     

PA/PMIA复合纳滤膜的制备及性能研究

以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为膜材料，LiCl和水为添加剂，N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂，通过相转化法制备PMIA超滤基膜.以哌嗪(PIP)为水相单体，均苯三甲酰氯(TMC)为油相单体，通过界面聚合法制备PA/PMIA复合纳滤膜.考察了单体浓度对复合纳滤膜渗透分离性能的影响，结果表明，当单体浓度增加时，复合纳滤膜的水通量下降，Na₂SO₄的截留率增大；水相单体PIP质量分数为0.5%,油相单体TMC质量分数为0.07%,反应时间为30 s,后处理温度为70℃,后处理时间为3 min时，所制备的PA/PMIA复合纳滤膜的水通量为508.9 L/(m²·h·MPa),Na₂SO₄截留率为98.24%,酰胺(PA)层厚度为40 nm,接触角为44°;PA/PMIA复合纳滤膜在有机溶剂和酸碱中浸泡30 d后，仍保持稳定的Na₂SO₄截留率.     

基于BTP/PIP-TMC界面聚合体系制备高通量复合纳滤膜

选择具有良好亲水性和线性结构特征的1,3-二[三(羟甲基)甲氨基]丙烷(BTP)与哌嗪(PIP)共同组成水相单体,与均苯三甲酰氯(TMC)通过界面聚合合成复合纳滤膜.利用ATR/FTIR、SEM和接触角测定仪等手段对合成的复合纳滤膜进行表征,并考察水相单体中BTP含量对纳滤膜渗透分离性能和亲水性的影响.结果表明,BTP被成功引入到聚酰胺分离层中,随着水相单体中BTP含量的提高,聚酰胺分离层厚度和水通量都有所增加,但对无机盐的截留性能下降.最佳的水相组成为：PIP质量分数为0.4%,BTP质量分数为0.6%,此时复合纳滤膜的纯水渗透系数为105 L/(m²·h·MPa),达到原膜的1.54倍,对Na₂SO₄、MgSO₄、MgCl₂和NaCl的截留率分别为97.3%、91.4%、40.7%和31.7%.     

UiO-66-X改性聚酰胺纳滤膜及应用

为构建反“trade off”效应纳滤膜,分别考察了金属有机框架材料UiO-66-NH₂和UiO-66-（COOH）₂对聚酰胺纳滤膜的改性效果。结果表明,两者的引入均能增强膜的亲水性,提高水通量和抗蛋白质吸附性能。与预期脱盐效果不同,和不加MOFs的聚酰胺纳滤膜相比,当UiO-66-（COOH）₂用量为0.01～0.03 g时,膜对MgCl₂的脱除率基本保持不变,但是对Na₂SO₄的脱除率明显下降。换用UiO-66-NH₂后,其用量处于0.01～0.04 g时,则能使膜对MgCl₂和MgSO₄的脱除率基本不变,同时增大通量。并且,含有UiO-66-NH₂膜的通量明显高于含有UiO-66-（COOH）₂的纳滤膜。当UiO-66-NH₂用量为0.03 g时（NF-NH₂-3）,MgCl₂...     

PVDF/PSA管式复合纳滤膜的制备与耐酸碱的研究

以PVDF管式超滤膜为基膜,以无水哌嗪(PIP)为水相单体、苯-1,3,5-三磺酰氯(TSC)为有机相单体,通过界面聚合制备PSA复合管式纳滤膜Ⅰ和Ⅱ,研究了添加剂的浓度、水相后吹风时间、有机相反应时间等对分离膜性能的影响,通过FTIR、XPS、SEM对PSA纳滤膜进行了表征.结果表明,制备的PSA纳滤膜Ⅰ和Ⅱ在25℃、0.4 MPa下对2 000 mg/L的MgSO₄水溶液的截留率为95%和76%,通量分别为27和28L/(m²·h);其耐酸碱性从pH=3～11上升为pH=0～14,且在不同浓度的酸碱溶液中浸泡22 d,纳滤膜性能依然稳定.     

纯水体系SiO2纳米多孔材料的低成本制备与表征

以低成本工业级硅溶胶为硅源, 水为溶剂, 在常压条件下干燥后制备出纳米多孔SiO₂块体材料。在制备过程中, 采用表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)来降低水的表面张力, 减少样品在干燥过程中开裂和收缩, 避免了繁琐的溶剂替换过程。所制备的SiO₂块体密度为150~260 mg/cm³, 比表面积为91~140 m²/g, 平均孔径为15~27 nm, 其室温热导率可达0.048 W/(m·K)。该方法大大缩减了制备SiO₂纳米多孔材料的成本, 并降低了操作工艺难度和危险, 将在很大程度上推动硅纳米孔材料的工业化生产与应用。     

CaCl_2/E51/尼龙6复合材料的制备与性能

通过熔融共混法制备了不同CaCl2质量分数的CaCl2/环氧树脂(E51)/尼龙6(PA6)复合材料,利用DSC、流变仪、FTIR和电子拉伸机等研究了不同CaCl2质量分数下CaCl2/E51/PA6复合材料结晶行为及其力学性能,并研究了其受限机制。力学性能结果表明,随着CaCl2质量分数的增加,CaCl2/E51/PA6复合材料拉伸强度呈现出先增大后减小的趋势,当CaCl2质量分数为3%时,复合材料拉伸强度达到最大值82.67 MPa,是纯PA6的拉伸强度(60.5 MPa)的1.366倍,而结晶行为结果表明,增加CaCl2的质量分数,CaCl2/E51/PA6复合材料的成核温度、晶体生长温度、熔融温度及玻璃化转变温度均向低温方向移动,成核密度和成核速率也逐渐减小,结晶能力下降,结晶度由原来25.22%变为9.90%。     

YTTRIUM ALUMINATE CERAMIC FIBERS VIA PRE-CERAMIC POLYMER AND SOL-GEL ROUTES

Yttrium aluminum garnet (YAG - Y₃Al₅O₁₂) fibers have been prepared by dry spinning solutions of yttrium and aluminum carboxylate polymers (precursor route) and by dry spinning aqueous oxide sols (sol-gel route). Fibers from aqueous diphasic gels are prepared by mixing a colloidal alumina sol containing 50-nm hydrous alumina with a colloidal yttria sol containing 10-nm yttrium oxide, using polyvinylpyrrolidone as a spinning aid. Fibers by the precursor route are made from spinnable THF solutions of yttrium isobutyrate and aluminum isobutyrate or from aqueous solutions of polymeric aluminum formate and yttrium acetate.

The isobutyrate materials decompose between 200-400^°C to an amorphous residue. Crystallization occurs abruptly between 875°C and 900^°C, forming the YAG phase directly. The formate-acetate also decomposes to amorphous residues, which form YAG at 900^°C. In the diphasic gel, YAG forms gradually between 1000 and 1200^°C, with intermediate products YAP (YalO₃ perovskite) and/or YAM (Y₄Al₂O₉ monoclinic). At 1500^°C, single phase YAG is obtained as pore-free fibers with 500 nm grains.     

具有梯度渐变折射率的超疏水减反膜的制备及其性能

具有梯度折射率的减反膜可以在更宽光谱波段和更大入射光角度实现减反射性能。本研究利用溶胶-凝胶和溶剂热法分别合成实心氧化硅(SiO₂)、空心氧化硅(H-SiO₂)和空心氟化镁(MgF₂)溶胶, 利用浸渍-提拉法在玻璃双面镀制SiO₂/H-SiO₂/MgF₂梯度折射率薄膜。结果表明, 在380~1600 nm波长, 镀膜基片在光垂直入射时透光率高达99.88%, 当光以0°~45°入射时, 平均透光率均高于97.85%, 即使光以75°入射时, 最高透光率仍达95.51%。同时发现, 经十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMOS)修饰, 薄膜疏水角达到150.6°, 显示出良好的疏水自清洁效果。     

遮光剂掺杂Al2O3-SiO2气凝胶/莫来石纤维毡复合材料的高温隔热性能研究

分别以TiCl₄和ZrOCl₂·8H₂O作为钛源和锆源, 经过溶胶-凝胶和超临界CO₂干燥过程, 将遮光剂粒子TiO₂和ZrO₂掺入到Al₂O₃-SiO₂气凝胶, 并进一步以莫来石纤维毡为增强相制备出具有一定力学性能的耐高温气凝胶复合材料, 分别探究了两种遮光剂粒子对复合材料的微观结构、力学性能和热导率的影响。结果显示: 遮光剂粒子的引入可以有效阻止气凝胶在高温下的塌陷和团聚, 保持气凝胶高孔隙率的特性; 复合材料呈现典型的气凝胶填充纤维结构, 并且具有轻质(0.21~0.24 g·cm^-1)和高强度(弯曲强度为0.98~1.26 MPa)的优异性能, 拓展了材料的实用性; 在 1050℃的高温下, 由于 TiO₂ 和 ZrO₂ 粒子对红外电磁波具有吸收和散射作用, 可以将复合材料的热导率由0.098 W·m^-1·K^-1分别降低至0.085 W·m^-1·K^-1和0.076 W·m^-1·K^-1, 从而有效提高材料的高温隔热性能。     

棒状多孔NiCo2O4粉末的可控制备及其电催化性能研究

以NiCl₂·6H₂O, CoCl₂·6H₂O和草酸为原料, 利用氨水为配位剂和溶液pH调节剂, 通过配位共沉淀-热分解法制备了棒状多孔NiCo₂O₄粉末, 采用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及比表面积仪对前驱体和NiCo₂O₄粉末的形貌和结构进行了表征, 考察了溶液pH对前驱体粉末形貌和分散性的影响; 采用循环伏安法和计时电流法研究了乙醇在棒状多孔NiCo₂O₄粉末修饰的玻碳电极上的电催化性能。结果表明: 前驱体的形貌与溶液的pH有关, 热分解得到的NiCo₂O₄粉末继承了前驱体形貌, 呈多孔棒状, 比表面积为89 m²/g, 平均孔径为12.56 nm。该粉末对乙醇具有良好的电催化活性, 氧化峰电流与乙醇浓度、扫速的平方根均呈直线关系, 表明棒状多孔NiCo₂O₄粉末对乙醇的催化反应机理为扩散控制。     

海藻酸钠离子凝胶法制备直通孔氧化铝多孔陶瓷

利用海藻酸钠的离子凝胶过程, 采用溶剂置换结合冷冻干燥的工艺, 成功制备了具有高度有序六方排列的直通孔多孔氧化铝陶瓷, 整个工艺过程及所使用的原料都是环境友好的。研究结果表明, 1500℃烧结2 h样品的孔径尺寸在200 μm左右, 且与固相含量的关系不大, 而孔壁上存在0.3 μm~0.5 μm的小孔。通过控制浆料中氧化铝的固相含量可以对材料的性能进行有效地调控, 研究表明, 随着固相含量从5wt%提高到15wt%, 材料的密度从0.87 g/cm³提高到1.16 g/cm³, 渗透率从2.57×10^-11 m²下降到2.16×10^-11 m², 而抗压强度从(18.9±3.2) MPa提高到(44.2±5.4) MPa, 平行孔道方向的热导率从2.1 W/(m·K)提高到3.1 W/(m·K), 而垂直孔道方向的热导率从1.3 W/(m•K)提高到1.7 W/(m·K), 并且平行孔道方向热导率的增加幅度要明显大于垂直孔道方向。     

甲基萘沥青基有序中孔炭的制备及电化学性能

以1-甲基萘热溴化/脱溴聚合沥青为前驱体, 中孔二氧化硅SBA-15为模板, 采用液相浸渍法合成有序中孔炭。通过不同测试手段对中孔炭的微观结构和电化学性能进行了研究。当模板剂和沥青质量比为1:1, 升温速率为 1 ℃·min^-1, 碳化温度为900 ℃时, 所制备的中孔炭性能最优, 具有高度有序的二维六方孔道结构, 比表面积为675 m²·g^-1, 孔容为1 cm³·g^-1, 孔径集中在3.84 nm左右。该中孔炭用于Li-S电池的正极载体材料表现出良好的电化学性能, 在0.2C(1C=1675 mA·g^-1)电流密度下经300次循环后放电比容量和容量保持率分别为688 mAh·g^-1和67.1%, 在3C电流密度下比容量可达556 mAh·g^-1。     

以无机盐为原料制备钇稳定的氧化锆超滤膜

用无机盐ＺｒＯＣｌ_２·８Ｈ_２Ｏ和Ｙ（ＮＯ_３）_３·６Ｈ_２Ｏ为原料,以溶胶－凝胶技术路线,在多孔氧化铝支撑体上成功地制备了记稳定的氧化锆（ＹＳＺ）陶瓷膜．扫描电子显微镜（ＳＥＭ）分析表明,用沉淀、胶溶、成膜的溶胶－凝胶技术,不能制备表面无龟裂的ＹＳＺ膜．沉淀用共沸蒸馏法干燥,得到高分散性的ＹＳＺ粉体,再用超声法制备ＹＳＺ氧化物胶体,通过浸渍成膜,ＳＥＭ分析证明,ＹＳＺ膜表面无明显缺陷．室温氮气渗透实验进一步证明,膜结构完整．用等温氮吸附实验测定了无支撑体膜的孔径大小和分布,平均孔径约为６ｎｍ．用激光散射技术测定ＹＳＺ胶体粒子平均半径为１１６ｎｍ,透射电子显微镜观察表明,胶体粒子由大小约为２０ｎｍ的晶粒组成．