用于C3H6/C3H8分离的ZIF-8混合基质炭膜

以ZIF-8为掺杂剂,通过对混合基质聚合物膜高温炭化制备了混合基质炭膜.通过XRD、SEM、N₂吸附等表征方法探究了ZIF-8高温热解前后微观形貌和孔结构特征对炭膜微孔结构和炭结构的影响,并考察了ZIF-8掺杂量与炭化温度对混合基质炭膜C₃H₆/C₃H₈渗透分离性能的影响.结果表明,ZIF-8经550℃热处理后仍能够部分保持其微观形貌和孔结构,同时ZIF-8热解衍生多孔炭的引入增加了炭膜具有筛分功能的极微孔含量,因而显著提高了混合基质炭膜对C₃H₆/C₃H₈的分离选择性.在ZIF-8掺杂质量分数1%和炭化温度550℃下,所制备ZIF-8混合基质炭膜的C₃H₆渗透系数高达174 Barrer, C₃H₆/C₃H₈分离选择性为14.4,与未掺杂的纯炭膜相比(C     

基于气体分离混合基质膜的界面调控

混合基质膜(MMMs)结合了传统有机膜材料和无机纳米材料的优势,突破了传统聚合物膜材料的渗透性与选择性之间的权衡限制,即"trade-off"效应,为高效的分离膜材料研究提供了新途径.但由于聚合物基体与纳米填料之间的相容性问题,往往在有机-无机相界面中形成空穴、僵化等非选择性缺陷.本文综述了MMMs常用的克服界面缺陷的调控技术,主要有聚合物基体的物化调控、纳米填料的物化调控、添加界面黏合剂以及后处理,并针对目前的调控方法提出存在的问题和展望,为高性能膜分离材料的制备方法提供新思路.     

HPW@MIL-101掺杂的混合基质膜制备及其离子分离性能研究

金属有机骨架因其大的孔隙率、高比表面积以及可调节的孔径等特点广泛地用于分离应用研究.杂多酸具有较大的分子半径、较强的亲水性以及强酸性,是一种良好的质子转移与储存材料.本文通过简单的一锅法将磷钨酸(HPW)引入到MIL-101(一种金属有机骨架)空腔中,合成出不同含量HPW的填充型HPW@MIL-101,并通过与磺化聚苯醚/聚乙烯醇(SPVA)共混制备出混合基质膜.考察了HPW@MIL-101在SPVA中的稳定性和分散性,并系统地探究了不同HPW含量的HPW@MIL-101对H~+传输及H~+/Fe~(2+)分离性能的影响.结果表明,HPW@MIL-101/SPVA混合基质膜显示出优异的H~+/Fe~(2+)分离性能,并且随着HPW含量的增加,H~+通量和离子分离性能都逐渐上升.其中HWS-3混合基质膜的H~+通量达到1.27×10~(-6) mol/(cm~2·s),H~+/Fe~(2+)选择性分离性能也高达210.     

ZIF-67@PDA/含氟聚酰亚胺混合基质膜的制备及其气体分离性能

金属有机框架材料(MOF)/聚合物混合基质膜(MMMs)通过结合MOF的分子筛效应和聚合物基质成本较低、加工性能好、机械强度高的特征,使其在气体分离领域展现出巨大的应用前景。然而由于MOF在聚合物基体中存在分散性差问题,极大地限制了其应用。采用溶剂热法合成金属框架材料ZIF-67,并通过溶液氧化法在ZIF-67表面修饰聚多巴胺(PDA)层制备ZIF-67@PDA纳米多孔材料。以4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(ODA-6 FDA)型含氟聚酰亚胺(FPI)为基体、ZIF-67和ZIF-67@PDA为填料,制备不同质量分数的ZIF-67/FPI和ZIF-67@PDA/FPI。通过FTIR、WAXD、TGA、SEM、比表面和孔径分布分析仪、气体渗透仪等测试对MMMs的结构和性能进行表征并测试了N₂、O₂、CO₂、He 4种气体的渗透性。结果表明：经聚多巴胺修饰后的纳米微孔材料ZIF-67在聚合物基体中能均匀分散并为气体分子的通过提供快速通道,且表现出良好的热稳定性。ZIF-67@PDA对CO<...     

聚砜/磺化聚砜共混及离子交换膜C_3H_6/C_3H_8渗透性能的研究

以聚砜和磺化聚砜为膜材料制备了聚砜 /磺化聚砜共混膜 ,共混膜与金属盐溶液进行离子交换得到含不同阳离子的离子交换膜 .测试了两种膜对C3H6 及C3H8的渗透分离性能 ;讨论了磺酸基团 (-SO- 3)、金属离子及共混膜的离子交换当量IEC对气体渗透性能的影响 ;着重分析了膜内金属离子与C3H6 的络合作用及C3H6 和C3H8在离子交换膜内的传递行为     

[bmim][Tf2N]@UiO-66-NH2/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

为了改善混合基质膜中分散相与连续相间的兼容性,设计了一种新型的离子液体负载金属有机骨架(IL@UiO-66-NH_2)纳米材料作为填料,通过涂覆法制备聚酰亚胺基(6FDA-ODA)混合基质膜,并研究IL@UiO-66-NH_2含量及进料压力对气体分离性能的影响.利用SEM、XRD和FTIR对IL@UiO-66-NH_2纳米颗粒和混合基质膜进行表征.结果表明,IL@UiO-66-NH_2纳米颗粒均匀分散于聚酰亚胺基质中并且没有出现非选择性孔腔.利用混合基质膜构建CO_2/CH_4分离系统,当混合基质膜中IL@UiO-66-NH_2负载量为质量分数15%时,CO_2的渗透性为26.32 Barrer,CO_2/CH_4的分离因子为53.91,比纯聚酰亚胺膜分别提高了46.55%和26.23%.     

聚砜/磺化聚砜共混及离子交换膜C3H6/C3H8渗透性能的研究

以聚砜和磺化聚砜为膜材料制备了聚砜／磺化聚砜共混膜，共混膜与金属盐溶液进行离子交换得到含不同阳离子的离子交换膜，测试了两种膜对C3H6及C3H8的渗透分离性能；讨论了磺酸基团（－SO3^-）、金属离子及共混膜的离子交换当量IEC对气体渗透性能的影响；着重分析了膜内金属离子与C3H6的络合作用及C3H6和C3H8在离子交换膜内的传递行为。     

改性ZIF90-Pebax混合基质膜的制备及CO2分离性能

以骨架结构极稳定的ZIF-90作为掺杂材料,通过后合成修饰(PSM)技术使用不同链长结构的胺烷对ZIF-90进行表面修饰,并探究不同链长结构的改性剂及其用量对ZIF-90与其Pebax基混合基质膜气体分离性能的影响.实验发现,胺烷的改性不仅不会改变ZIF-90的晶体结构,还能够在ZIF-90表面形成"绒毛"状结构,形成有机-有机高相容的界面.除此之外,该"绒毛"结构虽然会降低填料本身的比表面积及孔体积,但是在合适的长度与数量下会与聚合物产生某种特殊的有益于气体分离的相互作用,可以明显提高混合基质膜的分离性能.使用正丙胺改性的PZ90/Pebax系列混合基质膜相较于纯ZIF-90/Pebax, CO_2/N_2选择性与CO_2渗透性都有不同程度的提高,改性程度为20%时分离性能最佳,CO_2/N_2选择性为70,CO_2渗透率达到140 Barrer,与纯Pebax相比分别提高了45.8%和79.4%,接近2008年Robeson上限.     

预涂晶种诱导法在α-Al2O3陶瓷管载体上合成ZIF-8膜

以纳米级ZIF-8晶体粒子为晶种,利用晶种诱导二次生长法在α-Al2O3陶瓷管载体上制备出连续的ZIF-8膜,并详细考察了晶种涂层液中晶种含量、成膜温度和添加剂PEI、甲酸钠用量等参数对ZIF-8成膜的调控影响.经SEM、XRD和气体渗透分析结果表明:制备的ZIF-8纳米粒子的粒径约为100～150 nm,粒度分布较均匀,适宜作为成膜的晶种;在晶种液中添加适量的PEI作为偶联剂有利于连续ZIF-8晶种层及膜的形成;在成膜液中添加适量的甲酸钠能有效阻止载体表面晶种层的溶解脱落.SEM显示所得ZIF-8膜的晶体粒径均一、晶粒间连接紧密且无明显裂痕,膜层厚度约为18μm.单组分气体渗透测试可知,H2/CO2的分离因数为5.4,H2/CH4的分离因数为2.56,气体通过ZIF-8膜均属于努森扩散范围.     

石墨烯量子点在分离膜材料中的应用研究进展

在传统分离膜中引入纳米材料,有望解决选择性与渗透性之间存在的Trade-off效应、膜污染、化学稳定性等关键共性技术难题.零维石墨烯量子点(GQDs)纳米材料具有尺寸小、比表面积大、亲水性强等突出优点,在分离膜材料领域具有潜在的应用前景.本文归纳了基于界面聚合、相转化、表面改性等常规制膜方法,将GQDs或改性GQDs引入活性层(表层)、中间层或支撑层(亚层)等膜基质中,实现调控与优化分离膜结构与性能的最新研究进展.探讨了GQDs与改性GQDs对界面聚合"反应-扩散"过程、铸膜液热力学与相转化动力学过程以及层状膜层间距的影响机制,并阐述了引入GQDs或改性GQDs赋予分离膜抑菌、自清洁、荧光检测等新功能的原因.最后,展望了基于GQDs开发新型膜材料所面临的机遇和挑战.     

PDMS/聚酰亚胺中空纳米微球/PEI混合基质复合膜的制备及气体分离性能研究

以均苯四甲酰氯(BTAC)和4,4-(9-亚芴基)-二胺(FDA)为油相和水相单体,在微乳液体系中通过界面聚合法制备了聚酰亚胺中空纳米微球.然后配制微球和聚二甲基硅氧烷的正己烷混合液作为涂层液,采用浸渍涂覆法制备聚二甲基硅氧烷/聚酰亚胺中空纳米微球/聚醚酰亚胺复合膜,并对O_2、N_2的渗透速率和O_2/N_2分离性能进行了测试.系统考察了聚合物浓度、预交联时间、浸渍时间、提拉速度及固化温度对复合膜气体渗透性能的影响.结果表明,当硅橡胶质量分数为3%、预交联时间为3 h、浸渍时间为120 s、提拉速度为0.5 m/min、固化温度为80℃时,制备的复合膜性能较佳.测试条件为0.2 MPa、25℃时,具有无缺陷皮层复合膜的O_2渗透速率高达1 676 GPU,O_2/N_2分离因子为2.2.     

Pebax/SAPO-34混合基质膜的制备及性能研究

选用Pebax1657和SAPO-34为膜材料,分别采用醋酸和1-丁醇为溶剂,通过流延法制备Pebax/SAPO-34混合基质膜(MMMs).研究发现,溶剂能显著地影响膜的结构形态以及渗透性能.纯Pebax膜的气体渗透系数受溶剂的影响较大,而选择性受溶剂影响不大.对于分子筛含量较高(质量分数33%)的MMMs,以1-丁醇为溶剂时,分子筛的分散均匀程度更高,但就材料的成膜性而言,醋酸为溶剂时更好.MMMs中气体渗透系数的变化是结晶度、扩散曲度、链段运动能力和膜形态等因素的共同作用的结果.醋酸为溶剂时,由于相分离的发生,气体的渗透系数出现突跃,最大提高到纯Pebax膜的3倍.1-丁醇为溶剂时,除H2外,气体渗透系数先出现一定程度的提高,而后由于受到链段僵化以及扩散曲度的影响而降低.     

碳纳米管在二氧化碳分离膜中的研究进展

二氧化碳(CO₂)排放问题深受关注,相比于其他处理方式,气体分离膜具有高效节能、环境友好等特点,但传统的聚合物膜问题显著。碳纳米管材料自身性能优异,但易团聚,对CO₂气体本身并不具有很好的亲和性。通对碳纳米管进行表面及结构改性后将其添加到聚合物中或单独制备成膜,既可以很好协调纯聚合物膜渗透性与选择性之间的矛盾,又表现出优异的各项性能。介绍了碳纳米管材料改性方法及其在CO₂气体分离膜中的研究进展,并对相关问题及机理进行了分析。     

ZIF-8膜分离丙烯/丙烷的研究进展

丙烯/丙烷的高效分离是获取高纯度丙烯的关键步骤.膜分离因其效率高、能耗低、操作简便等优势有望取代高能耗的精馏过程.沸石咪唑酯骨架(ZIFs)具有结构规整、孔径可调、热稳定性和化学稳定性高等特征,在膜分离领域具有较大的应用潜力.ZIF-8可以对尺寸极为相近的丙烯和丙烷进行有效筛分,是目前丙烯/丙烷分离膜领域的研究焦点.以ZIF-8膜分离丙烯/丙烷的研究进展为核心,重点阐述了ZIF-8膜的合成方法、分离性能、稳定性及柔韧性等备受关注的问题,为ZIF-8膜在烯烃/烷烃分离领域的工业化应用提供借鉴与指导.     

改性石墨烯材料掺杂聚酰亚胺制备混合基质膜分离CO2/N2

海洋石油生产平台日常产生大量CO_2温室气体,对其进行分离捕集并回注地层,可有效改善原油流动性,提高原油产收率,产生可观的经济效益及环保社会效益.聚酰亚胺(PI)是目前最具有应用价值的气体分离膜材料,因受Robeson上限的限制,很难同时满足高渗透系数和高选择性的要求.使用氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)对聚酰亚胺进行掺杂制备混合基质膜,进行了CO_2/N_2气体分离的实验研究.结果表明,制备的氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-GO)和还原氧化石墨烯掺杂的聚酰亚胺混合基质膜(PI-rGO)相比于纯聚酰亚胺膜,分离性能明显提升;对比混合气干湿态气体渗透性能,混合气湿态时PI-rGO膜的渗透系数和分离因子分别上升了13.52%和24.34%.     

基于金属有机骨架(MOFs)的纳滤膜制备研究现状

纳滤膜的渗透和截留性能相互制约.金属有机骨架(MOFs)材料因其具有大孔隙率、高比表面积和孔径可调控的特点受到广泛关注,将MOFs作为纳米颗粒添加剂引入纳滤膜中,可有效缓解膜的选择性和渗透性之间的制约效应,并且赋予了纳滤膜一些其他的特点,如亲(疏)水性、抗菌性及抗污染性.本文介绍了应用于纳滤膜中MOFs的分类、特性及合...