硅烷偶联剂改性超细SiO2的制备与表征

分别采用γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷和γ-巯丙基三乙氧基硅烷对超细SiO₂进行表面改性，研究了硅烷偶联剂种类和用量对超细SiO₂亲油化度、吸水率、静态水接触角和表面羟基数的影响，采用红外光谱仪和扫描电镜分析了改性前后超细SiO₂的化学结构和分散性，并探讨了改性机理。结果表明，采用硅烷偶联剂对超细SiO₂进行表面改性后，超细SiO₂的亲油化度和静态水接触角升高，吸水率降低，表面羟基数减少；硅烷偶联剂选择γ-巯丙基甲基二甲氧基硅烷较佳，较佳用量为计算所得理论质量的1.5倍，此时得到的改性超细SiO₂性能较佳，亲油化度为62%,吸水率为29%,静态水接触角为143.9°,表面羟基数为0.48个/nm²,有望提高超细SiO₂在有机体系中的分散性及其与基体的相容性；红外光谱分析表明，改性后硅烷偶联剂包覆超细SiO₂并与其表面羟基发生了化学键合作用；扫描电镜分析表明未改性的超细Si...     

CO2捕集工艺中热再生气余热的PVDF/BN-OH平板复合膜回收特性

围绕CO₂化学吸收工艺中热再生气的余热回收来开展研究。本文在CO₂化学吸收系统的再生塔顶增设换热器，利用分流的冷富CO₂吸收剂溶液来回收热再生气(CO₂和水蒸气混合气体)中的余热，可降低CO₂再生能耗，且余热回收性能越优，降耗效果越明显。采用膜换热器替代传统钢制换热器，利用余热回收过程中冷凝水的热质耦合传递，可强化余热回收性能。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为主体，添加羟基化氮化硼(BNOH)共混改性，以聚酯纤维(PET)无纺布作为支撑层，制备了PVDF/BN-OH平板复合膜，并在乙醇胺(MEA)基富液分流化学吸收工艺中，探讨了复合膜的余热回收性能，同时与商业PVDF平板膜进行了对比。结果显示，与不添加BN-OH的M1膜相比，添加质量分数1%BN-OH的M3膜的平均孔径增加了约11.32%，而孔隙率仅下降了约7.14%，且依然保持亲水特性(水接触角为77.1°)，同时热导率提高了约52.25%，说明M3膜具有强化热质耦合传递特性的潜能。与M1膜相比，在相同的操作参数条件下，M3膜...     

二氧化钛调控基膜结构对氧化石墨烯复合膜性能的影响

以聚醚砜(PES)超滤膜为基膜,通过聚多巴胺(PDA)表面改性后压力沉积不同量的二氧化钛(TiO₂)纳米粒子作为基底,再沉积氧化石墨烯(GO)片层制得TiO₂/GO复合分离膜,重点考察基膜表面形貌对GO膜分离性能的影响。通过扫描电子显微镜、接触角测试仪、固体表面Zeta电位分析仪、X射线衍射分析仪等对有无TiO₂沉积层的GO复合膜进行表征,并考察TiO₂沉积量对GO复合膜分离性能的影响。结果表明,TiO₂纳米粒子以团簇状态均匀分布在改性的超滤膜表面,随TiO₂沉积量的增加,团簇密度增大,GO沉积后表层的峰谷结构更为明显,但表层的层间距并无明显改变。TiO₂/GO复合膜的水通量随TiO₂沉积量的增加而明显增大,TiO₂的沉积对GO沉积量低的复合膜通量的影响更明显,当 GO沉积量为4.11 μg/cm²,TiO₂沉积量为20.55 μg/cm²时,复合膜的水通量较无TiO₂的复合膜提高了108.38%。复合膜对无机盐溶液的截留性能主要基于膜表面所带负电的道南排斥作用,TiO₂/GO复合膜对刚果红的截留率在99%以上,对甲基橙的截留率可达82%,TiO₂层的加入并未降低复合膜的截留效果。     

壳聚糖/纳米纤维素/石墨烯改性纳米TiO2复合膜光催化降解性能

以氧化石墨烯改性纳米二氧化钛为光催化活性成分,通过流延成型法制备了壳聚糖/纳米纤维素/石墨烯改性纳米TiO₂光催化复合膜。利用热重分析仪(TG)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)和扫描电子显微镜(SEM)对复合膜的结构进行表征。研究了壳聚糖/纳米纤维素/改性纳米TiO₂复合膜的力学性能,对比了复合膜对亚甲基蓝及甲基橙的光催化降解性能。结果表明,改性纳米TiO₂的添加提高了壳聚糖复合膜的力学性能及耐热性能。改性纳米TiO₂质量分数为4%的复合膜抗拉强度最大,达到43 MPa。改性纳米TiO₂质量分数为2%的复合膜断裂伸长率最大为13.6%。在模拟溶液质量浓度为20 mg/L时,改性纳米TiO₂质量分数为2%的复合膜对亚甲基蓝降解率最大,为51.7%。改性纳米TiO₂质量分数为4%的复合膜对甲基橙降解率最大,为42.2%。模拟溶液初始浓度愈高,则复合膜对亚甲基蓝及甲基橙降解率均降低。     

纳米二氧化碳/环氧化脱蛋白天然胶乳复合材料的制备及性能

以环氧度为25%的环氧化天然橡胶(ENR)为基质、聚多巴胺(PDA)改性的纳米TiO₂(PTiO₂)为填料，采用胶乳共混法制备了PTiO₂/ENR复合膜，并研究了填料PTiO₂的添加量对PTiO₂/ENR复合膜力学性能、热稳定性和抗紫外老化性能的影响。结果表明，PDA提高了纳米TiO₂在ENR基质中的分散性；随着填料PTiO₂的加入，PTiO₂/ENR复合膜的热稳定性逐渐提高；当PTiO₂添加量为5份(质量)时，PTiO₂/ENR复合膜的拉伸强度为8.15 MPa，与ENR相比提高了2.8倍，扯断伸长率为1 141%;PTiO₂/ENR复合膜经紫外线照射后力学性能保留率均超过97%，具有较好的抗紫外老化性能。     

疏水微介孔Me-SiO2改性silicalite-1膜用于脱醇性能研究

在大孔α-Al₂O₃载体上采用二次水热生长法制备silicalite-1沸石膜。为了弥补沸石膜的缺陷并提高其疏水性,利用甲基三乙氧基硅烷(MTES)和正硅酸四乙酯(TEOS)水解共聚后的杂化有机硅Me-SiO₂对沸石膜进行修饰改性。结果表明,形成的Me-SiO₂溶胶平均粒径18 nm,经N₂吸脱附等温线测试,表明其具有微介孔性质(孔径1.5和3.0 nm);经凝胶化后形成疏水性的Me-SiO₂/silicalite-1复合膜,其厚度分别为500 nm/10μm,表面静态接触角可达134°。在渗透汽化分离低质量分数乙醇/水时,经Me-SiO₂修饰的silicalite-1膜渗透侧的水通量约为未修饰前的1/4,而在增加的膜层阻力下乙醇通量仍然得到保持甚至提高。这说明Me-SiO₂修饰了膜的亲水缺陷,增强了乙醇的吸附和对水的排斥,从而提高了脱醇性能。通过优化溶胶质量分数,2.0%Me-SiO₂溶胶...     

N2优先渗透ZIF-8复合膜的制备及其CO2捕集

为了获得经济节能的烟道气CO₂回收方法,制备了一种新型的N₂优先渗透ZIF-8复合膜。以柔性聚砜(PSf)多孔膜为支撑层,采用Zn²⁺与壳聚糖的交联溶液对聚砜支撑层表面改性,使Zn²⁺固定在PSf膜表面;然后与2-甲基咪唑(Hmim)配位得到ZIF-8晶种层;最后通过界面聚合法二次生长制得ZIF-8复合膜。采用FTIR、XRD及SEM对ZIF-8复合膜的形貌结构进行表征,结果显示成功制备了致密的ZIF-8复合膜。在进料气为纯气条件下,探究了二次生长时间、Zn²⁺溶液的浓度、测试时间及测试压力对ZIF-8复合膜N₂/CO₂分离性能的影响,阐明其N₂优先渗透机理;并进一步考察了混合气分离性能。结果表明：在25℃和0.1 MPa下,最优ZIF-8复合膜的N₂渗透性为523 GPU,N₂/CO₂选择性为19;同条件下混合气的N₂渗透性和N₂/CO₂选择性分别为517 GPU和18。所制备的ZIF-8复合膜可以使N₂优先渗透,实现烟道气中高浓度N₂渗透,低浓度CO₂截留在膜的上游侧。原因主要是ZIF-8复合膜含有较多的CO₂强吸附位点,使CO₂被吸附在膜内不易从膜的下游侧脱附,渗透性小,而N₂优先渗透,这为N₂优先渗透膜的制备提供了一种新思路。     

APTES-TiO2-B4C/PVDF膜的制备及其光降解有机染料的性能研究

采用3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）对纳米碳化硼（B₄C）和二氧化钛（TiO₂）的混合颗粒进行改性,制备出功能化APTES-B₄C/TiO₂复合颗粒。利用相转化技术将APTES-B₄C-TiO₂复合颗粒引入聚偏氟乙烯（PVDF）膜基质中,得到具有光催化性能的APTES-B₄C-TiO₂/PVDF复合膜。通过XRD、SEM、EDS和水接触角测试对制备的复合膜进行表征。以50 mg/L的罗丹明B（RhB）水溶液模拟废水考察APTES-B₄C-TiO₂/PVDF复合膜的光催化性能。结果表明,当复合粒子的质量分数为0.5%时,复合膜具有最高的孔隙率（68.3%）、最大的膜比表面积（8.25 m²/g）和最低的水接触角（69°）。光催化实验结果表明,APTES-B₄C-TiO₂复合粒子的质量分数为0.5%时,A...     

光热脱盐-光催化降解复合膜的制备及其性能研究

以氯金酸(HAuCl₄)、氧化石墨烯(GO)和二氧化钛(TiO₂)为原料,通过一步水热法制备了具有光热催化活性的Au-GO/TiO₂纳米复合材料,以聚甲基丙烯酸甜菜碱(PSBMA)水凝胶包覆的Au-GO/TiO₂作为光热功能层,以聚氨酯(PU)静电纺丝纳米纤维膜作为支撑层,制备了具有光热脱盐和光催化降解双功能的复合膜。试验结果表明：该复合膜能够有效光催化降解水中的有机污染物,对金霉素、土霉素和地美环素的降解率分别达到49.26%、49.53%和51.58%;该复合膜能够以2.63 kg/(m²·h)的蒸发速率蒸发复合盐水。     

纳米聚苯胺改性聚哌嗪酰胺纳滤膜的制备

以导电态纳米聚苯胺(PANI)为添加剂, 哌嗪和均苯三甲酰氯(TMC)为反应单体, 通过界面聚合反应在聚砜超滤膜上形成复合层制备纳滤膜。采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等对复合膜的性能和结构分别进行了测试和表征。SEM照片证实PANI含量低时, 可以在复合膜上分布得比较均匀;AFM图像看出膜表面粗糙度的增加;膜性能的测试结果证实了添加PANI的复合膜水通量得到了提高, 同时脱盐率也有变化。最优实验条件下, 膜对Na₂SO₄、MgSO₄、MgCl₂和NaCl的截留率分别为99.4%、98.5%、85.4%和59.2%。试验结果表明, 加入PANI能够提高膜的水通量, 并提升了膜的脱盐性能。     

聚乙烯醇-SiO2/聚酯无纺布膜的制备及性能研究

采用聚酯无纺布(PET)作为支撑层,利用相转换法在PET表面制备聚乙烯醇(PVA)或PVA-SiO₂活性层,得到了PVA/PET复合膜与PVA-SiO₂/PET复合膜。考察了2种复合膜的过滤性能和污染行为。结果表明,PVA中加入质量分数4%纳米SiO₂颗粒,复合膜的接触角降至33.1o,亲水性显著增强,而膜孔径减小至3.1 nm,降低了85.5%,PVA/PET超滤膜转变为PVA-SiO₂/PET纳滤膜(0.6 L/(m²·h))。PVA-SiO₂/PET复合纳滤膜对海藻酸钠的抗污染性能较强。纳米SiO₂对复合膜的污染机制无明显影响,模拟污染物对复合膜的污染机制以标准堵塞为主。     

乙烯基桥联有机硅膜的羧基化改性及反渗透性能研究

利用1,2-二(三乙氧基硅基)乙烯(BTESEthy)和硫代苹果酸(MSA)的巯基-烯点击反应对桥联有机硅进行羧基化改性,以管式α-Al₂O₃微滤膜为支撑体制备羧基官能化的桥联有机硅膜。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、激光粒度仪(DLS)、智能重量分析仪(IGA)和扫描电镜(SEM)等对膜结构和表面性质进行了表征。量子化学计算表明羧基化改性的有机硅网络拥有更加致密的孔结构和更高的水亲和力。将改性的BTESEthy-MSA膜用于反渗透脱盐,系统考察了BTESEthy-MSA膜反渗透脱盐性能。实验结果表明,与BTESEthy膜相比,羧基化改性的BTESEthy-MSA膜的水渗透率和盐截留率均有所提高。同时,BTESEthy-MSA膜表现出优异的水热稳定性和耐氯性能。在250 h的长期反渗透测试中,BTESEthy-MSA膜的水渗透率高达3.2×10^-13 m³/(m²·s·Pa),NaCl截留率始终保持在94.7%以上。     

商业正渗透膜的改性及其用于处理焦化废水的研究

正渗透技术是一种新兴的膜分离技术,在处理有机废水方面具有广阔的应用前景。分别对Poten以及HTI商业正渗透膜进行改性,并用于对焦化废水中难降解毒性小分子(吲哚和吡啶)的截留测试。探究了水相单体PIP浓度、膜朝向、汲取液浓度对改性前后两种膜水通量、J_s/J_w比值、有机物截留率的影响,以及改性前后两膜特征参数的变化。结果表明：对Poten膜和HTI膜进行界面聚合改性后,膜水通量以及J_s/J_w比值都不同程度地降低;改性后的两正渗透膜水渗透系数A、盐渗透系数B均降低,而膜结构参数S以及对NaCl和有机物的截留率均提高;其中HTI-IP复合膜对有机物的截留率(81%)明显高于IP-2(改性Poten膜)复合膜;与FO模式相比,IP-2复合膜在PRO模式下(汲取液面向活性层)具有更高的水通量及反向盐通量。此外,在两种膜朝向下,水通量及反向盐通量都随汲取液浓度的增大而增大,但是在FO模式下(料液面向活性层),通量呈现非线性增长。     

UiO-66-NH2与季铵盐协同改性正渗透膜及其对染料废水分离性能

为了提高正渗透(FO)膜对染料的分离与抗污染性能，采用共混相转化法将聚对氯甲基苯乙烯(PCMS)引入聚偏氟乙烯(PVDF)多孔支撑底膜中，经UiO-66-NH₂与PCMS上的氯甲基的亲核取代反应，使UiO-66-NH₂均匀地固定在膜表面，进一步通过改进的界面聚合工艺即在其水相溶液中添加苯基三甲基氯化铵(TMPAC)，制备同时具有高渗透性能和抗污染性的FO复合膜。对支撑底膜和FO膜的结构和性能进行分析表征，并通过FO装置测试FO膜渗透分离和抗污染性能。结果表明，UiO-66-NH₂的引入有效提升了FO膜的亲水性、荷电性及渗透性能，界面聚合工艺中季铵盐的加入极大提升了FO膜的分离和抗污染性能。改性后的FO膜(M2-T)纯水通量可达到22.4 L·m^-2·h^-1，对染料废水中罗丹明6G和橙黄G的截留率可达97.82%和99.84%，经过6 h的罗丹明6G运行后，归一化通量衰减率仅为10.18%，纯水通量恢复率仍有95.66%。     

聚多巴胺-氧化石墨烯-碳纳米管层状复合脱盐膜的制备及性能稳定性研究

二维纳米材料氧化石墨烯(GO)可通过层层堆叠成膜、构建层间毛细孔道,用于脱盐应用。然而,GO膜在运行过程中的渗透性能及其稳定性都有待提升。以亲水的碳纳米管(CNTs)为改性物,在聚多巴胺(PDA)修饰的基膜上交替喷涂多层GO(MLGO)和CNTs,制备出了多元层状复合脱盐膜。当MLGO-CNTs的单位面积质量为72 mg/m²时,复合膜在5 bar操作压力下对1 g/L Na₂SO₄溶液的盐截留率最高达到92.8%,水通量最高可达到4.8 L/(m²·h·bar),较PDA-MLGO膜提高了71.4%。在400 h的连续错流过滤实验中,复合膜的水通量稳定性高于PDA-MLGO膜。CNTs的管内空间和MLGO-CNTs组装间隙为复合膜引入了有效的渗透通道。     

一种天然聚电解质制备荷正电纳滤膜的研究

以带有阳离子的改性瓜尔胶(CGG)与季铵化壳聚糖(HACC)共混物作为铸膜液，在聚砜支撑层材料上进行表面涂覆，通过相转化法形成超薄分离层，从而制备得到一种天然聚合物交联荷正电纳滤膜。结果证明：在25℃，60%相对湿度条件下，由阳离子瓜尔胶浓度为3.4wt%与季铵化壳聚糖浓度为1.7wt%(溶质配比为2:1的共混溶液)制备而成的纳滤膜性能最佳。该复合膜在25℃，1.0 MPa操作压力下对NaCl和MgCl₂的截留率分别为25.0%和97.1%，水通量为40.8 L/(m²·h)，对于二价盐和一价盐具有较高的选择脱除效果。     

改性含铝废渣对废水中镍的吸附机理和动力学影响

采用Ca(OH)₂对含铝废渣(RAS)进行改性，制备改性材料(MAS)，对其结构进行表征，并考察其对Ni²⁺的吸附机理和性能影响。结果表明：Ca(OH)₂的引入没有改变RAS的主要官能团，其主要组分为CaTiO₃、FeAl₂O₄和Fe₃O₄，而且改性后的MAS对Ni²⁺的吸附速率由膜扩散和内扩散相互作用，吸附过程是自发吸热过程。     

改性污泥炭/TiO2/PVP/PVDF超滤膜的制备及其性能测试

采用铁离子改性污泥炭(Fe₃O₄/SAC磁质炭)、二氧化钛(TiO₂)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂进行聚偏氟乙烯(PVDF)膜的改性，并对共混膜的各项性能进行测试和表征。结果表明，当TiO₂和Fe₃O₄/SAC磁质炭质量分数分别为0.15%、0.2%时，膜的综合性能最佳。此时，接触角为48.5°,纯水通量为124 3.43 L/(m²·h),牛血清蛋白截留率为95.21%。     

疏水SiO2/PTFPMS杂化复合膜的制备及其气体分离性能

为了提高气体分离膜的耐溶胀特性,以多孔聚醚酰亚胺（PEI）为支撑层,采用溶液共混法制备了疏水SiO₂/PTFPMS杂化复合膜,研究了疏水SiO₂质量共混比对膜形态、耐溶胀性以及不同操作压差下的纯气渗透分离性能的影响。光学显微照片显示,当共混比不超过0.018时,杂化膜的透明度较高,表明疏水SiO₂与PTFPMS具有较好的相容性;当SiO₂与PTFPMS的共混比超过0.018时,SiO₂团聚明显。SEM表征结果显示,杂化膜表面光洁,断面杂化涂层紧密贴合支撑层。疏水SiO₂/PTFPMS杂化膜在异辛烷中的溶胀度为0,在乙酸乙酯中的溶胀度比PTFPMS均质膜的下降了11.9%,显示了其优异的耐溶胀性能。在操作压力为1.0 MPa,操作温度为25℃下,SiO₂共混比为0.012时,疏水SiO₂/PTFPMS杂化复合膜的CO₂渗透通量达到最高156.1GPU,CO₂/N₂选择性为15.86。     

两种支撑材料对PVDF膜微观结构和性能的影响

选用2种无纺布(W₁、W₂)作为膜支撑材料，通过非溶剂致相分离(Nips)法制备聚偏氟乙烯(PVDF)平板膜，利用扫描电子显微镜、接触角测试仪对无纺布和膜的形貌和亲水性进行分析，分析支撑材料的表面形貌和亲水性对PVDF膜微观结构、抗污染、水通量和剥离强度的影响。结果表明，W₂的纤维直径较大，呈三维排列的网络几何结构，纤维间的结合更紧密。与W₁相比，W₂接触角增大至96°,虽然支撑材料的亲水性降低，但是，以W₂为支撑材料制备的PVDF膜综合性能最佳，纯水通量为910 L/(m²·h),通量恢复率为98.4%,无纺布与膜的剥离强度为244 N/m。在相同刮膜条件下，以W₁为支撑材料制备的膜纯水通量为230 L/(m²·h),通量恢复率为80.6%,剥离强度为160 N/m。因此，将密度小、质量大的无纺布(W₂)作为支撑材料，能提高PVDF平板膜的综合性能。