多步组装合成介孔二氧化硅担载膜

采用浸渍法和表面改性多步组装合成技术在商业用多孔氧化铝管上制备介孔二氧化硅担载膜。所制备的介孔二氧化硅膜层的厚度平均为2μm,平均孔径为1.59nm。单一气体的渗透实验表明:气体通过介孔二氧化硅膜层符合Knudsen扩散模型,在298K和100kPa的恒定条件下,氦气和氮气的渗透量分别为15.6×10-6mol/(s·m2·Pa)和2.5×10-6mol/(s·m2·Pa)。渗透蒸发实验表明:经六甲基二硅氮烷表面改性的二氧化硅膜层在303K和313K下分别对含3%(质量分数,下同)和5%乙醇的水溶液进行乙醇组分的提浓,乙醇的分离系数和渗透通量分别为15.2～18.7和1.09～1.25kg/(m2·h)。     

纳米晶种涂层法合成Silicalite-1沸石膜

用纳米晶种涂层二次生长成膜法在大孔a-Al2O3(孔径4~6 mm)陶瓷管上合成Silicalite-1沸石膜. 用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征分析了沸石膜的形态,并通过单组分气体渗透实验对合成膜管的渗透性能进行了测试. 结果表明,合成的Silicalite-1沸石膜连续、互生,看不出晶间孔;沸石膜层厚8~10 mm;常温常压下H2/N2的理想分离系数为3.9,超过其努森扩散值3.74,H2/C3H8的理想分离系数为19.1,远大于其Knudsen扩散比值4.69,且H2的渗透率达到1.43′10-6 mol/(m2×s×Pa). 气体分离数据表明,该膜没有明显的缺陷存在.     

化学镀法制备钯膜工艺

以多孔Al2O3陶瓷管为载体,采用化学镀法制备了钯膜。考察了化学镀温度及载体孔径对制备钯膜的影响,并利用扫描电镜对钯膜形貌结构进行了表征。研究表明,化学镀15min,钯沉积速率较快;反应时间延长至120min,钯沉积量增加,但是沉积速率降低。随着化学镀温度的升高,钯沉积量增加;但是温度过高,会导致钯利用率降低;温度为318K,化学镀钯膜较适宜。在孔径为0.2μm的Al2O3陶瓷管表面制备的钯膜平整、致密,其二次镀钯膜N2渗透速率为1.7×10-9mol/(m2·s·Pa)。     

UiO-66膜的制备及对正异丁烷的分离

采用擦涂法在Al2O3支撑体上引入ZrO2层，利用晶种二次生长法在ZrO2层上成功制备了UiO-66膜。通过XRD和SEM测试手段对晶种和膜的结构和形貌进行了表征。在温度为298 K，压力为0.08 MPa下，测试气体分子的渗透性能检测了UiO-66膜的完整性。考察压力和温度对i-C4H10和n-C4H10两种气体在UiO-66膜上的渗透速率的影响，研究了UiO-66膜对i-C4H10和n-C4H10两种气体的渗透选择性能。结果表明，采用多次擦涂法引入ZrO2层后，获得了覆盖度高且膜层厚度均匀的UiO-66膜，膜厚度为5 μm。UiO-66膜对i-C4H10和n-C4H10两种气体具有反向渗透性能，在操作压力为0.08 MPa，温度为298 K时，UiO-66膜对i-C4H10/n-C4H10两种气体的理想渗透选择性达3.60。渗透速率分别为4.39?10-7 mol/(m2?s?Pa)和1.22?10-7 mol/(m2?s?Pa)。     

镍掺杂SiO_2膜的制备及CH_4/CO_2气体分离性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)为镍源,采用溶胶--凝胶法制备镍掺杂SiO2膜。研究了水用量及镍含量对镍掺杂SiO2膜的结构及形貌的影响,并对其进行CH4、CO2气体渗透性能测试。结果表明:水酯比为5.5时,制备的10%Ni掺杂SiO2膜具有良好的微孔结构,且孔径约为1.16nm,孔隙率为64.9%。一部分Ni元素以Ni和NiO晶体形式填充于SiO2孔道内,另一部分以Si—O—Ni形式进入SiO2骨架。Ni掺杂SiO2膜在84h内能够保持良好的气体渗透性能,表现出比纯SiO2膜更好的水热稳定性。CH4和CO2的气体渗透通量分别为1.56×10--7和0.64×10--7 mol/(m2·s·Pa),CH4/CO2气体分离因子达到2.43。     

微孔SiO_2膜在水蒸气条件下的稳定性能

以正硅酸乙酯为前驱体,通过聚合溶胶路线制备出稳定的SiO2溶胶和制膜液,采用浸浆法,经过一次涂膜,在平均孔径约为3nm的γ-Al2O3中孔膜上制备出完整无缺陷的SiO2微孔膜,考察了烧成温度对SiO2粉末和SiO2微孔膜气体渗透性能的影响.结果表明,在400～800℃焙烧温度下制备的SiO2膜在200℃及0.3MPa条件下对He的渗透通量为(7.29～12.7)×10-7mol/(m2·s·Pa),600℃下烧成的膜的理想分离因子分别为98(He/CO2),49(He/O2),64(He/N2),79(He/CH4)和91(He/SF6),具有分子筛分效应.微孔SiO2膜在水蒸气条件下的稳定性能取决于膜的烧成温度,400,600和800℃烧成的膜的水蒸气稳定压力分别为8,200和200kPa.     

小晶粒NaX沸石膜的制备与表征

分别以硅溶胶和异丙醇铝为硅源和铝源,采用预涂晶种的方式,用水热合成法在氧化铝载体上合成出小晶粒NaX分子筛膜. 各组分配比为：SiO2:Al2O3=3.85~4.2, Na2O:SiO2=1.2~1.5, H2O:Na2O=40~60,用扫描电镜、Ｘ射线衍射等手段对沸石膜进行了表征,可以看到分子筛膜生长的晶粒细小,沸石晶体的大小在500~800 nm,生长致密良好,覆盖完全,膜厚约为10 mm. 小晶粒NaX沸石膜的H2渗透率为 2.45′10-6 mol×m2/(s×Pa),H2/N2的理想分离系数达到4.21,H2/C3H8的理想分离系数达到7.56,超过对应的努森扩散值3.74和4.69.     

煤基管状炭分离膜的制备及油水分离应用

以煤为主要原料,采用热成型的方法制备炭分离膜,所制备的炭分离膜的孔径分布主要集中在0.1~0.2μm。炭膜的中间层和分离层具有丰富发达的孔结构,且孔径较均匀。炭膜的气体渗透速率的数量级达到10-5cm3/(cm2.s.Pa),H2/N2的理想分离系数达到1.92。并采用煤基管状炭分离膜对油水乳化液进行分离,截油率达98%。     

P型沸石膜的合成及表征

采用水热合成法,详细考察了凝胶碱度对P沸石及其膜的合成的影响,发现凝胶碱度变化对合成晶化产物结构具有决定性影响,确定在实验条件下最佳合成碱度为Na2O/H2O=0.0163~ 0.0212. 在长250 mm、平均孔径3~5 mm的a-Al2O3陶瓷管外表面经二次涂膜,直接原位合成出膜厚约10~12 mm的沸石膜;XRD, SEM及H2, N2单组分气体渗透表征测试表明,载体管上的晶粒均匀规整,互锁状生长,为典型的P型沸石膜, H2和N2在膜内外压差为60~60 kPa范围内(25oC时),渗透速率分别为(3.60~3.99)10-6和(1.13~1.24)10-6 mol/(sm2Pa),同时具有较好的H2/N2选择系数(3.19~3.33).     

光催化沉积法制备Pd膜的改进及Pd膜性能表征

对光催化沉积法(PCD)制备Pd膜进行了改进,使含有TiO2与Pd2 的悬浮液膜层在多孔陶瓷膜表面形成液体薄膜,该薄膜在紫外光直接照射下发生光催化还原反应,烧结后得到含TiO2及Pd晶种的超薄膜层,用化学镀修饰得致密Pd膜.采用SEM、EDAX方法对所制的Pd膜表征结果表明,Pd膜厚度为5~6μm.在350~500℃和0.05~0.15 MPa下进行气体渗透实验,当温度为450℃时,H2渗透系数为4.07×10-6mol/(m2.s.Pa),N2的渗透量检测不出,高温热循环测试表明该Pd膜致密且具有良好的热稳性.     

基于防磨结构的旋风分离器性能优化

基于气固两相流和冲蚀理论对常规Stairmand旋风分离器和防磨型旋风分离器冲蚀规律进行了研究. 结果表明,对常规旋风分离器,其壁面冲蚀磨损速率从筒体顶端向下逐渐减小,在筒体L1/H1=0.8以下区域,磨损速率基本保持不变;在L1/H1=0.8以上区域,冲蚀磨损呈增大趋势,最大为2.3′10-6 kg/(m2×s);在锥体L2/H2=0.35以下区域,冲蚀速率逐渐减小;而在L2/H2=0.35以上区域呈逐渐增大趋势,在锥体顶端达最大值2.0′10-7 kg/(m2×s). 对防磨型旋风分离器,在筒体L1/H1=0.8以上区域,壁面最大冲蚀速率为0.5′10-6 kg/(m2×s),远小于常规旋风分离器. 在锥体从锥底向上冲蚀速率逐渐减小,在锥体顶端为0.4′10-7 kg/(m2×s),小于常规旋风分离器. 在小粒径范围内,分离效率随粒径增加而基本呈线性递增趋势. 粒径大于4 mm时,防磨型旋风分离器具有较高的分离效率. 压降随防磨板高度增加逐渐减小. A3型防磨分离器压降为360 Pa,小于常规分离器压降550 Pa. 为了降低旋风分离器壁面的冲蚀磨损,减少出口压降损失,粒径大于4 mm时,可选择最合理的B1型防磨分离器提高旋风分离器的防磨性能,从而延长使用寿命.     

炭化条件对多孔炭膜性能的影响

以石油沥青为原料,采用无粘结剂成型制备多孔炭膜,考察了炭化条件对炭膜的Ｈ２和Ｎ２气体渗透率和理想分离系数的影响,并用压汞法表征了炭膜的孔径分布,结果表明：炭化温度是影响炭膜性能的关键因素,制备的炭膜具有均匀性孔径分布,平均孔径为１５３ｎｍ。     

Langmuir-Blodgett法制备高H2选择性取向ZSM-5分子筛分离膜

利用Langmuir-Blodgett（LB）技术首先在多孔氧化铝载体表面有序组装了单层b-轴取向Silicalite-1分子筛晶种层,再采用二次生长法,以溴化六丙双铵（dimer-TPABr）为结构导向剂配制二次生长合成液,在175℃反应48h制备了高度b-轴取向ZSM-5（Si/Al=120）分子筛膜。扫描电镜（SEM）表征显示ZSM-5分子筛膜致密连续且厚度约为2.6μm。X射线衍射（XRD）表征结果显示,膜的b-轴晶体优先取向值高达0.858。气体分离性能测试结果显示,制备的ZSM-5分子筛膜在高温焙烧脱除有机模板剂过程中会产生缺陷。经硅烷试剂四甲氧基硅烷（TMOS）对缺陷修复后,ZSM-5分子筛膜表现出高的H₂选择性分离性能,H₂/CO₂分离因子高达68 （T=25℃,p=0.1MPa）,对应的H₂渗透速率为1.36×10^-8mol/(m²·s·Pa)。     

高性能炭分子筛膜支撑体的制备研究

采用湿法球磨与粒子烧结相结合的方法,以α-Al2O3为主要原料,干压成型法制备出性能较高的炭分子筛膜支撑体.经过各种表征手段分析,所得支撑体具有均布的孔隙结构和较窄的孔径分布,并探讨了致孔剂种类、干燥制度、烧结温度及球磨时间对炭分子筛膜支撑体性能的影响.结果表明,1 250℃下烧结然后保温2h、球磨时间为4h时,制备的高渗透通量炭分子筛膜支撑体平均孔径为0.4μm、孔隙率为46％.     

Effects of carbonization conditions on the properties of coal-based microfiltration carbon membranes

Carbon membranes, a novel porous inorganic membrane, have considerable potential applications in many industrial fields owing to their better stability in aggressive and adverse environments. However, the high cost of precursor materials has hampered their wide applications on commercial scale. In this study, coal, a cheap material, is used to prepare the tubular microfiltration carbon membranes. The effects of carbonization conditions on the properties of coal-based carbon membrane were investigated by the variation of the weight loss, shrinkage ratio of tube size and pore structure characteristics during carbonization. The results show that carbonization conditions greatly affect the properties of coal-based carbon membranes. The carbon membranes carbonized in the inert gases have more “open” porous structure and high gas flux compared to those carbonized in vacuum which makes the carbon membrane possess smaller pores and low gas flux. The carbonization temperature plays an important role in the determination of the pore structure and densification of carbon matrix. At the temperature below 600°C, the pore structure and carbon matrix of carbon membrane are formed with more than 95% of the total weight loss and only 48% of the total size shrinkage ratio. The matrix of carbon membrane gets more compact with the temperature increasing from 600°C to 900°C, in which the size shrinkage ratio is up to 52% with only 5% of the total weight loss. The low heating rate should favor the preparation of the carbon membranes with small average pore size and narrow pore size distribution, and the high gas flow rate can produce the carbon membranes with large average pore size and high porosity.     

无机陶瓷膜处理印染废水的研究

研究了无机陶瓷膜处理印染废水过程,考察了膜孔径,操作条件对处理效果的影响及清洗剂和清洗时间对清洗效果的影响。结果表明:选用200nm的Al2O3膜管处理染料废水效果较好,合适的操作条件为:膜面流速4.2m/s,操作压力0.2MPa,温度30℃,此时渗透通量为129.64L/m2·h,CODCr的截留率达65%以上,色度去除率达90%以上。选择0.5mol/L硝酸溶液为清洗剂,清洗20min后,通量恢复为原来的81%以上。