用于分离CH4/CO2疏水性SiO2膜的制备

分别采用KH-570,KH-560和A-151代替部分TEOS作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了疏水性SiO2气体分离膜,利用IR,BET,TG,SEM以及接触角测试仪等对其进行了表征,并对(0.8KH-570)SiO2膜进行了CH4/CO2气体渗透性能评价。结果表明,当A-151,KH-570和KH-560与TEOS的摩尔比均为0.8时,膜的接触角分别从28.6°增大到97.8,94.2°和90.7°。膜样品的疏水性增强,修饰后的膜孔径分布更加狭窄,平均孔径减小,抵抗水蒸汽的能力明显增强;膜层无开裂,表面完整。其中,KH-570修饰的膜性能较好,在n(KH-570)/n(TEOS)=0.8时,压力为30kPa的条件下,(0.8KH-570)SiO2膜对CH4/CO2的分离因子为2.13,大于纯SiO2膜的分离因子(1.58)和努森扩散理论的分离因子(1.67),分离效果较好。     

硅烷偶联剂KH-570表面改性纳米SiO2

采用硅烷偶联剂KH-570在酸性条件下对纳米SiO2表面进行改性,并对改性前后的纳米SiO2采用粒径分析仪、傅里叶红外变换光谱仪、紫外-可见光光谱仪、扫描电镜等仪器进行了分析和表征。结果表明,硅烷偶联剂KH-570能成功地对纳米SiO2表面进行改性,使其表面化学键合了硅烷偶联剂的有机官能团,降低了颗粒团聚程度,提高了纳米SiO2在有机介质中的分散程度     

疏水性空心SiO2/TiO2光催化剂的制备及性能研究

选取TiO_2为原料,经过空心化、SiO_2包覆、疏水性改性,制备了疏水性空心SiO_2/TiO_2光催化剂,并利用TEM和FTIR对其进行表征,对比研究了改性前后的催化剂。TEM图像显示制备的催化剂具有核-壳空心结构,且其表面均匀包覆一层物质;FTIR图谱分析可知,其表面包覆层是SiO_2,且硅烷偶联剂KH-570与其成功产生化学键合;吸附实验时改性光催化剂漂浮在废水表面,提高了光照效率。以甲基橙模拟染料废水的降解率考察改性光催化剂的活性,初始甲基橙浓度为10mg/L、pH值为4时,对甲基橙的脱色率最佳,并且Langmuir和Freundlich等温模型均能较好地描述吸附过程。经动力学的一次拟合,说明该吸附是一个以化学吸附为主导作用的多因素控制过程。     

二维材料构筑的CO2分离膜研究进展

二维材料由于其独特的纳米片结构,已广泛应用于设计高气体渗透通量和选择性的分离膜中.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中构筑的纳米及纳米尺度孔道为分子输运提供了特殊的通道,它们是高渗透性和高选择性分子筛分的根本原因.本文综述了近年来二维材料基CO₂分离膜的研究进展,包括材料种类、分离膜的制备方法、分离性能及分离机制,并对二维材料基CO₂分离膜的应用前景进行了总结与展望.     

苯基修饰微孔SiO2膜的氢气分离和水煤气变换反应性能

通过正硅酸乙酯与苯基三乙氧基硅烷共水解缩聚反应制备苯基修饰SiO2膜,研究膜材料的氢气渗透和分离性能,并将其作为膜反应器的关键材料应用于水煤气变换反应.结果表明,氢气在苯基修饰SiO2膜中的渗透率随着温度的升高而增大,遵循活化扩散机理,300℃下H2渗透率达到4.67×10-7 mol/(m2·s·Pa),理想分离系数H2/CO、H2/CO2和H2/SF6分别达到10.54、10.50、21.16.在300℃,反应物H2O/CO摩尔比为2∶1的条件下进行水煤气变换反应,膜反应器的CO的转化率比传统固定床反应的CO的转化率高约12％,其原因是苯基修饰的SiO2膜对H2具有一定的选择性.     

聚酰亚胺/离子液体共混膜的制备及其CO2/N2分离性能研究

咪唑类离子液体(IL_s)对CO₂具有良好的亲和性和溶解性。离子液体与聚酰亚胺膜材料相结合,可以解决目前CO₂难以分离和回收的问题。选用3种烷基链长度不同的离子液体与聚酰胺酸进行共混,通过高速搅拌器制备出一系列聚酰亚胺/离子液体共混膜,IL_n含量为5%、10%、15%、20%。采用薄膜拉伸强度测试仪和气体透过仪对膜进行了测试。结果表明：离子液体共混的聚酰亚胺薄膜的力学性能相对于纯膜来说均有所提高。当离子液体为IL₂,共混含量为20%时,膜对CO₂的渗透性能最好,为1.5033Barrer,是纯膜的3倍;当离子液体为IL₂,共混含量为15%时,膜对CO₂/CH₄的分离性能最好,为21.7859,约为纯膜的7倍。     

增强微孔二氧化硅氢气分离膜疏水性的研究现状

综述了提高微孔二氧化硅膜疏水性的方法以及微孔二氧化硅膜材料在氢气分离方面的应用.孔表面羟基是导致微孔二氧化硅膜亲水的主要原因,因此在溶胶-凝胶反应阶段用疏水基团来修饰溶胶,可以在最终材料的孔表面引入疏水基团,降低羟基浓度,从而提高其疏水性.修饰后的二氧化硅膜孔结构没有显著的变化,可以应用于氢气分离等领域.     

SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜的制备及性能

利用溶胶-凝胶法制备出了SPPO/SiO2/PWA复合质子交换膜,对膜的离子交换容量(IEC)、平均当量重量(EW)、磺化度(SD)、吸水性、溶胀率、质子电导率、Tg进行了表征,此外,还对膜的结构进行了FT-IR、SEM表征,结果表明,所制得的掺杂2%～5%SiO2和3%PWA的SPPO复合膜在100℃、100%相对湿度时的质子电导率与Nafion-117?膜相近,有望作为质子交换膜使用。     

SiO2/聚四氟乙烯复合薄膜的制备及力学性能

采用空气辅助干法共混、冷压烧结并车削成膜的方法制备了SiO₂填充量为35wt%、厚度为50 μm的聚四氟乙烯（PTFE）基复合薄膜。系统研究了SiO₂颗粒粒径对SiO₂/PTFE薄膜复合材料的孔洞缺陷和力学性能等的影响,并研究了SiO₂在PTFE中的分散情况及分子间相互作用对其性能变化的影响机制。结果表明,随SiO₂粒径的逐渐增大,其在PTFE中的分散趋于均匀,同时PTFE能更好地包覆粒子,因此SiO₂/PTFE薄膜孔洞缺陷逐渐减少,力学性能逐渐增强;当SiO₂的粒径D₅₀为12 μm时,其在PTFE中的分散均匀性最佳,SiO₂/PTFE复合薄膜孔洞缺陷最少,具有较好的力学性能,断裂伸长率达19.5%,拉伸强度达9.2 MPa。      

植酸/聚间苯二胺修饰纳米SiO2制备水性环氧复合涂层及其防腐性能

以溶胶凝胶法制备了γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)改性SiO₂(f-SiO₂);将间苯二胺(mPD)原位聚合制备的聚间苯二胺(PmPD)共价接枝在f-SiO₂表面,制得(PmPD-SiO₂);最后,通过分子间作用力将植酸(PA)与PmPD-SiO₂结合制得PA/PmPD-SiO₂复合材料,用于制备水性环氧复合涂层。采用红外光谱、热失重分析和X射线光电子能谱表征了产物结构,通过扫描电镜、电化学和盐雾试验对涂层的防腐性能进行分析。结果表明,当添加质量分数为0.5%的PA/PmPD-SiO₂时,涂层附着力0级、铅笔硬度3H、耐冲击45 kg·cm,缓蚀效率为97.2%,耐腐蚀性最佳;腐蚀电流密度较纯水性环氧树脂(WEP)涂层缩小了36倍,低频阻抗模量较纯WEP涂层提升了2个数量级。     

有机硅KH-570改性硅溶胶杂化涂层的制备研究

以硅溶胶、γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)为原料,将低钠型碱性硅溶胶经强酸性阳离子交换树脂离子交换后,得到酸性硅溶胶,将其与KH-570按一定比例共混搅拌,通过KH-570在酸性条件下,水解缩聚,制得有机/无机杂化溶胶。以低碳钢Q235为基材,制备出硅烷偶联剂KH-570(MEMO)改性硅溶胶的杂化涂层。以FT-IR测试方法对其结构进行了表征,采用动电位极化曲线测试涂层的耐蚀性能。以光学显微镜、SEM观察涂层与碳钢裸片在腐蚀前后的表面形貌。研究结果表明:酸性硅溶胶与KH-570的水解缩聚产物通过共缩聚反应在碳钢表面形成带有有机基团的无机交联网络,基本骨架由Si-O-Si组成,经过100℃热处理,即可得致密涂层,涂层均匀、透明,无缺陷。电化学分析表明涂层形成物理屏障,为基体提供了优良的腐蚀保护。杂化涂层显现出良好的耐蚀性能。     

十七氟癸基修饰的疏水二氧化硅膜材料的制备及氢气分离性能

通过溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯(TEOS)和十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)为前驱体,在酸性和洁净室条件下制备了十七氟癸基修饰的SiO2膜材料,分别通过动态光散射技术、接触角测量、红外光谱以及热重分析等测试手段对溶胶的粒径分布及膜材料的疏水性能进行了表征,并深入研究了十七氟癸基修饰后膜材料的氢气渗透和分离性能.结果表明,当摩尔比n(PFDTES)/n(TEOS)=0.2时,溶胶的粒径狭窄分布在3.9nm.十七氟癸基已成功修饰到SiO2膜材料中,十七氟癸基的修饰使得膜材料从亲水性变为疏水性,在上述摩尔比例下,膜材料对水的接触角达到112.0°±0.6°.H2的单组分渗透率随温度的升高而增大,300℃时达到10.00×10-7 mol/(m2·s·Pa),H2/CO2的单组分理想分离系数及双组分分离系数分别达到6.10和13.30,均高于其Knudsen扩散分离因子(4.69),H2在膜材料中的输运主要遵循活化扩散机理.     

CO_2/CH_4分离膜技术在沼气提纯中的应用研究进展

生物天然气(BNG)是近年来新兴的一种可再生清洁能源.制备生物天然气的核心是去除沼气中的二氧化碳.CO2/CH4分离膜技术被认为是未来沼气提纯领域最有潜力的一项技术.本文对CO2/CH4分离膜技术在沼气提纯中的应用研究和发展现状进行综述,包括CO2/CH4分离膜材料的最新发展;膜法沼气提纯工艺过程的设计;欧美膜法沼气提纯工业化装置的近况等;最后对膜法沼气提纯技术的主要困难及未来发展方向进行分析与讨论.     

磺化聚酰亚胺/SiO2复合膜的制备及其质子交换性能研究

制备了具有不同硅含量的磺化聚酰亚胺/二氧化硅(SPI/SiO2)复合膜,研究了SiO2的引入对复合膜的力学性能、耐热性能、尺寸稳定性以及抗氧化和耐水解稳定性的影响规律,并对其质子传导率和甲醇渗透率进行了评价。结果表明,与商业化的Nafion115膜相比,复合膜表现出更优异的阻醇特性和选择透过性,其中SPI/SiO2-2复合膜具有更突出的高温质子传导特性。     

羊毛角蛋白膜的制备及其气体分离性能的研究

研究了羊毛角蛋白膜的制备及其气体分离性能．以角蛋白膜的CO2渗透速率和CO2相对于CH4的分离系数为指标,考察了制膜液中溶剂氨水的浓度、巯基乙酸和戊二醛的加入量对角蛋白膜的气体透过和分离性能的影响．     

KH-570接枝改性碳纤维/乙烯-醋酸乙烯共聚物复合泡沫材料的制备及表征

采用浓H₂SO₄/浓HNO₃混合酸对碳纤维(CF)进行表面氧化处理得到氧化碳纤维(OCF),再利用γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH-570)与OCF进一步反应得到KH-570接枝改性碳纤维(KCF),随后将其应用于乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)复合泡沫材料中。利用FTIR、XPS、Raman、FESEM和电子万能试验机等考察了碳纤维的表面改性效果以及碳纤维/EVA复合材料的结构与性能。结果表明:氧化和接枝反应均可以增加碳纤维表面的活性官能团含量和粗糙度,从而改善碳纤维与EVA基体之间的相容性,使碳纤维/EVA复合泡沫材料的物理性能得到改善。相同条件下,KH-570接枝改性碳纤维/EVA复合泡沫材料的物理性能更优异。      

羊毛角蛋白膜的制备及其气体分离性能的研究

研究了羊毛角蛋白膜的制备及其气体分离性能.以角蛋白膜的CO2渗透速率和CO2相对于CH4的分离系数为指标,考察了制膜液中溶剂氨水的浓度、巯基乙酸和戊二醛的加入量对角蛋白膜的气体透过和分离性能的影响.     

Effect of amine structure on CO2 capture by polymeric membranes

Abstract

Poly(amidoamine)s (PAMAMs) incorporated into a cross-linked poly(ethylene glycol) exhibited excellent CO₂ separation properties over H₂. However, the CO₂ permeability should be increased for practical applications. Monoethanolamine (MEA) used as a CO₂ determining agent in the current CO₂ capture technology at demonstration scale was readily immobilized in poly(vinyl alcohol) (PVA) matrix by solvent casting of aqueous mixture of PVA and the amine. The resulting polymeric membranes can be self-standing with the thickness above 3 μm and the amine fraction less than 80 wt%. The gas permeation properties were examined at 40 °C and under 80% relative humidity. The CO₂ separation performance increased with increase of the amine content in the polymeric membranes. When the amine fraction was 80 wt%, the CO₂ permeability coefficient of MEA containing membrane was 604 barrer with CO₂ selectivity of 58.5 over H₂, which was much higher than the PAMAM membrane (83.7 barrer and 51.8, respectively) under the same operation conditions. On the other hand, ethylamine (EA) was also incorporated into PVA matrix to form a thin membrane. However, the resulting polymeric membranes exhibited slight CO₂-selective gas permeation properties. The hydroxyl group of MEA was crucial for high CO₂ separation performance.     

聚偏氟乙烯超疏水分离膜的制备

采用溶液涂覆-浸没相分离法对聚偏氟乙烯膜(PVDF)进行表面复合改性,制备了超疏水分离膜。初步考察了涂覆液中PVDF固含量和涂覆条件(浸泡时间、预蒸发时间、凝固浴组成和凝固浴温度)对复合膜疏水性能的影响。实验结果表明,当涂覆液中PVDF含量为1.88%(质量分数)时,膜丝有最大接触角136°;复合膜的接触角随浸泡时间的延长呈现先增大后减小的趋势,当浸泡时间为40s时,接触角最大,达到133°;在较短时间内(0～5s),预蒸发时间对复合膜的接触角影响不大;复合膜的接触角随着凝固浴中DMAc含量的增加而逐渐减小,随着凝固浴温度的增大而增大,当凝固浴温度为65℃时,膜表面的接触角增至153°。