成型工艺对煤基板式微滤炭膜的性能影响

以煤粉为原料,经半干法压制成型、干燥、炭化等工艺制备出一种电催化膜材料-煤基板状微滤炭膜.考察了煤种的配比、黏结剂、造孔剂以及成型压力对煤基板状微滤炭膜孔性能的影响,并通过FT-IR、SEM、气体泡压法等对煤基板状微滤炭膜的结构性能进行表征.结果表明:改变混煤中焦煤的比例可以调控炭膜的孔结构;添加剂的加入有利于提高炭膜的孔结构性能,但在一定程度上降低了炭膜的机械性能及导电性;增大成型压力可改善炭膜的机械强度及导电性,对孔结构性能改变影响不大.     

活性炭基微孔炭膜制备及电化学性能

分别以高比表面积(860 m~2/g)活性炭和煤粉为原料,辅以煤沥青、羧甲基纤维素(CMC)为粘结剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为造孔剂,采用压膜成形和焙烧工艺制备活性炭基炭膜(ACM)和煤基炭膜(CM),借助SEM、TG和电化学工作站等手段对炭膜结构与性能进行了表征.同时,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2/ACM和TiO_2/CM复合膜电极,探索其电催化水处理性能.结果表明,改变造孔剂含量可以有效调控炭膜孔径尺寸及分布,所制备微孔炭膜孔径范围0.16～0.82μm.与TiO_2/煤基炭膜(TiO_2/CM)复合膜电极相比,TiO_2/ACM复合膜电极具有更高的比表面积(55.9 m~2/g)、更优的电化学活性和电催化效率.以TiO_2/ACM复合膜电极为阳极构建电催化膜反应器(ECMR)对苯酚废水(COD为2 450 mg/L)处理,当电流密度为1 mA/cm~2、停留时间为12 min时,COD去除率高达92.4%.     

酚醛树脂/活性炭基微孔炭膜制备及结构调控

以酚醛树脂和活性炭为主要原料,甲基纤维素为黏结剂,聚乙烯醇缩丁醛(PVB)为造孔剂,采用压模成型及一步炭化法制备高比表面积酚醛树脂/活性炭炭基微孔炭膜(PRCM),通过调节原料配比及制备工艺参数等实现微孔炭膜结构的可控制备.结果表明,当酚醛树脂质量分数为45%,炭化温度1 150℃,PVB添加质量分数20%时,酚醛树脂/活性炭微孔炭膜的抗折强度、电导率、孔隙率、纯水通量和比表面积分别为8.2 MPa、400.3μS/cm、44.2%、93 L/(m~2·h)和370.2 m~2/g.此外,采用溶胶-凝胶法将纳米TiO_2负载微孔炭膜制备电催化膜电极(TiO_2/CM).在相同配比和制备工艺条件下,对比煤基、煤沥青/活性炭以及酚醛树脂/活性炭三种原料所制备电催化炭膜的电化学和电催化降解苯酚性能.结果显示,TiO_2/PRCM具有最优的电化学活性和催化降解效率.以其所构建的ECMR处理10 mmol苯酚废水时,COD和苯酚去除率分别可达86.5%和94.6%.这是因为PRCM具有较高的比表面积和石墨化程度,导致其具有较高的催化效率.酚醛树脂/活性炭炭基微孔炭膜在含酚废水过程中展现了良好的电化学和机械性能.     

成膜条件对聚丙烯腈炭膜性能的影响

采用浸渍法在煤基炭管上制备出聚丙烯腈基复合炭膜,考察了成膜条件对聚丙烯腈基炭膜的性能的影响.结果表明,涂膜液温度、环境湿度、提升速率和干燥温度对炭膜性能均有一定程度影响,通过优化这些实验参数可以制备出复合效果较好,表面光滑无缺陷的聚丙烯腈炭膜.     

煤基管状炭膜的制备及应用

以煤为原料,与粘结剂混合后经挤压成型、炭化制备煤基管状炭膜.通过选用不同的煤种及加入模板剂对煤基炭膜的孔结构进行调控,并将其用于C/C复合气体分离膜支撑体及处理钛白废水、含油废水.结果表明:以煤基管状炭膜为支撑体,分别以聚醚砜酮(PPESK)和聚糠醇(PFA)为前体,采用浸渍涂膜法制备的气体分离用C/C复合膜,在25℃时H2/N2,O2/N2,CO2/N2的分离系数分别为104.3,13.7,21.8及347.0,12.5,31.4.经煤基炭膜处理后,钛白废水渗透液中TiO2的浓度为0.04 mg/L,TiO2的截留率为99.99%;含油废水的除油率可达到97%以上,渗透液中含油量小于10 mg/L.     

MXene/ C电催化膜制备及对水中盐酸四环素降解性能研究

本文通过电泳沉积法,将二维MXene纳米片负载到活性炭基微孔炭基膜上,制备负载MXene的炭膜(MXene/C),然后采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对原始炭基膜和MXene/C膜进行表面微观形貌分析,通过X射线衍射仪(XRD)和X射线衍射光电子能谱仪(XPS)进行化学晶型分析和元素价态分析,使用全自动接触角测量仪以及电化学工作站对原始炭基膜和MXene/C膜表面的亲水性和电化学性能进行分析,将炭膜和MXene/C膜为阳极分别构建电催化膜反应器(ECMR)用于电催化氧化降解盐酸四环素(TCH)废水,并对其降解效果进行比较.结果表明：MXene纳米片负载到炭膜表面,成功制备出MXene/C膜,与原始炭膜相比MXene/C膜的亲水性、电化学活性均有显著提升.在温度为20℃,停留时间为8 min, TCH废水浓度为50 mg/L,pH为7.0,电流密度为0.6 mA/cm²,电解质Na₂SO₄浓度为15 g/L的反应条件下,原始炭膜和MXene/C膜对TCH的去除率分别为86.4%和97.76%,TOC去...     

预氧化条件对聚丙烯腈炭膜性能的影响

采用浸渍法在煤基炭管上制备出聚丙烯腈基复合炭膜,考察了预氧化条件对聚丙烯腈(PAN)基炭膜性能的影响.结果表明,随着预氧化温度的升高,炭膜的孔径分布越逐渐变宽,平均孔半径和通量逐渐增大;延长预氧化时间,炭膜的平均孔半径和气体通量均有所增加.通过优化这些实验参数可以制备出复合效果好、表面光滑无缺陷的PAN炭膜.     

纳米级Au/C催化剂的制备及其DBFC单池性能

采用金溶胶负载法分别在CNTs、Vxc-72R炭黑和ECP 600JD科琴炭黑上负载了平均粒径约为5.0nm且尺寸分布均匀的纳米金颗粒,考察了酸处理对炭载体的影响及不同Au/C催化剂对BH4-电催化活性的影响.结果显示:经过酸处理三种炭载体的表面亲水性提高,其中CNTs的BET比表面积提高,而Vxc-72R和ECP 600JD的BET比表面积降低.炭载体负载纳米Au的能力与其BET比表面积密切相关.对炭载体进行酸处理可大幅度提高Au/C催化剂对BH4-的电催化性能,其中金负载在经酸处理的ECP 600JD炭黑上显示出最佳的电催化性能.     

染料敏化太阳能电池无FTO煤基炭对电极的研究

分别以气煤、焦煤、瘦煤为原料制备了低成本、高性能煤基炭对电极(counter electrodes, CEs), 并使用煤基炭CE同时代替导电玻璃基底和催化层, 分别考察了浸渍和表面修饰对煤基炭CE结构和光电性能的影响。采用X射线衍射、扫描电镜和电化学阻抗谱等表征手段, 对煤基炭CE的结构和性能进行了表征。结果表明: 浸渍后煤基炭CE形成了底层致密表层多孔的一体化结构; 经过表面修饰的煤基炭CE表现出良好的光电性能, 其开路电压(V_oc)、短路电流密度(J_sc)和填充因子(FF)分别为0.79 V、13.48 mA/cm²和0.67, 光电转化效率(η)达到了7.16%, 与传统Pt电极的效率相当, 比石墨电极效率提高30%。煤基炭CE是传统Pt/FTO电极的良好替代材料。     

助催化剂NiCoP修饰改性增强半导体TiO2的光催化性能

为了增强半导体TiO_2的光催化性能,采用相对简便的磷酸盐还原法制备了双金属磷化物NiCoP,并且首次将NiCoP作为助催化剂对半导体光催化剂TiO_2进行修饰改性。以罗丹明B(RhB)染料溶液为污染物模型,对NiCoP/TiO_2复合材料的光催化活性进行测试。实验结果表明,与纯TiO_2和纯NiCoP相比,适量的NiCoP修饰使TiO_2催化剂的光催化降解性能明显增强;其中,NiCoP的负载量为0. 25%时,NiCoP/TiO_2复合材料光催化活性最高,对RhB的降解效果最佳。电化学测试表明,复合材料活性增强的主要原因是NiCoP与TiO_2发生相互作用,促进了光生电荷的分离,提高了其迁移效率。紫外-可见漫反射光谱证实,NiCoP负载后使得半导体催化剂的光谱响应范围稍有拓宽。同时,自由基捕获实验证明·OH、·O_2~-为该降解反应的主要活性物种。     

BPDA-ODA型聚酰亚胺基沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能

以BPDA-ODA型聚酰亚胺为前躯体,沸石为掺杂剂,通过成膜和炭化等过程制备了杂化炭膜.分别采用热失重、X射线衍射、扫描电子显微镜及渗透技术研究了前躯体热稳定性,炭膜微观结构、形貌及气体分离性能.考察了ZSM-5与5A两种沸石含量、炭化温度、渗透温度及渗透压力等因素对炭膜气体分离性能的影响.结果表明:H₂、CO₂、O₂和N₂ 4种气体主要以分子筛分机理渗透通过炭膜,实现选择性分离.在650℃炭化温度下得到杂化炭膜随沸石含量提高,气体渗透性与选择性均略降低;5A杂化炭膜的渗透性与选择性都显著高于ZSM—5杂化炭膜;随渗透压力提高,杂化炭膜的气体渗透性与选择性升高.当炭化温度从650℃升高到750℃时,杂化炭膜的渗透性降低.     

NaY沸石杂化炭膜的制备及气体分离性能的研究

以聚酰亚胺为前驱体,NaY型沸石为掺杂剂,经成膜和炭化制备了杂化炭膜.采用扫描电镜、X射线衍射、热重分析、红外光谱分析对膜样品的结构与性质进行了表征.考察了掺杂剂量、渗透温度与渗透压力对炭膜的结构及气体分离性能的影响.结果表明,与纯炭膜相比,杂化炭膜在保持高O_2/N_2选择性的前提下,渗透性显著提高;随着膜内沸石含量的提高,杂化炭膜的渗透性明显提高.由沸石质量分数为0.5%前驱体经650℃炭化所制备的杂化炭膜,对O_2的渗透性达79.5 Barrer, O_2/N_2选择性达7.5.     

PTFE/Bi-SnO_2-CNT电催化膜的结构及性能表征

为了提高电催化膜的电催化性能,通过电化学-水热法制备了以聚四氟乙烯(PTFE)微孔膜为支撑,Bi掺杂SnO_2修饰的碳纳米管(CNT)电催化膜(PTFE/Bi-SnO_2-CNT),分别进行了膜的电化学性能分析、形态结构表征及水中双酚A (BPA)降解性能实验。结果表明,PTFE/Bi-SnO_2-CNT为多孔导电网络结构,Bi-SnO_2颗粒均匀负载在碳纳米管表面,粒径为3.8 nm,当铋锡摩尔比为1∶15、电沉积电压为2.5 V时,制备的PTFE/Bi-SnO_2-CNT析氧电势为1.75 V,在3 V直流电压下,连续运行12 h, PTFE/Bi-SnO_2-CNT对浓度为30 mg/L的BPA降解率可达76.3%.这一结果说明PTFE/Bi-SnO_2-CNT具有良好的电化学性能、BPA吸附和降解性能,可成为电催化降解水中有机物的新型膜材料.     

聚丙烯腈炭-炭气体分离复合膜的制备

以聚丙烯腈(PAN)为前驱体采用浸渍涂膜法在煤基炭管支撑体上制备出聚丙烯腈炭-炭复合膜,考察了涂膜液浓度,浸涂和干燥条件以及涂膜次数对聚丙烯腈炭-炭复合膜性能的影响.结果表明,涂膜液浓度、干燥条件以及涂膜次数对炭-炭复合膜性能的影响显著.随着涂膜液浓度的增大,炭-炭复合膜的平均孔径和气体通量均呈现先减后增的趋势.升高干燥温度和延长干燥时间,使炭-炭复合膜平均孔径减小,但当达到一定程度时变化不明显.增加涂膜次数使炭-炭复合膜平均孔径减小,但过多的涂膜次数会使膜层在炭化后产生裂纹和剥落现象.通过调整实验参数制备出了复合效果较好,表面光滑无缺陷的聚丙烯腈炭-炭复合膜.     

退火预处理对中空纤维炭膜结构和性能的影响

炭膜具有优异的热稳定性、化学稳定性和气体分离性能.以聚酰亚胺中空纤维膜为前驱体，经过T_g附近退火预处理(250、300和350℃),进而高温炭化制备高性能中空纤维炭膜，研究了预处理条件对炭膜结构和气体分离性能的影响.结果表明，当退火预处理温度升高时，中空纤维炭膜的结构更加致密，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性提高，气体通量下降.尤其是当退火预处理温度为350℃时，与未经预处理的中空纤维炭膜相比，其CO₂/CH₄和H₂/CH₄选择性分别提高了98%和195%.同时，研究了渗透温度和压力对气体分离性能的影响，采用HIM(氦离子电镜)、FTIR和XRD对中空纤维炭膜的结构进行了表征.     

导电微滤炭膜的制备及其性能研究

介绍了一种膜/电极材料-导电微滤炭膜,通过在炭膜中加入造孔剂、导电炭黑研究其导电性能与孔结构性能的关系;并考察了在低压电场作用下,导电微滤炭膜水通量的变化规律及电化学氧化对亚甲基蓝处理效果的影响.结果表明,炭膜的导电性能随其孔隙率的增加而减小,炭黑的加入可有效地提高炭膜的导电性能.在低压电场的作用下,电渗效应和电化学反应的存在,使导电炭膜的水渗透通量明显地提高,并随着电场强度和膜本身导电性的增加,水渗透通量的增加程度更加显著.将导电炭膜用于亚甲基蓝污水体系,因导电炭膜表面亲水性的改变及电渗效应和电化学氧化的影响,不仅增大了炭膜的水渗透通量,同时通过对吸附膜表面亚甲基蓝的氧化降解作用,使炭膜表现出一定的抗膜污染能力.     

炭膜表面疏水改性及老化性能研究

采用溶胶凝胶法,以正硅酸乙酯(TEOS)和甲基三乙氧基硅烷(MTES)为混合硅源,合成疏水硅溶胶,将其浸渍涂覆在卷式炭膜上,经干燥、热处理制备了具有高疏水性能的疏水炭膜.考察了硅溶胶制备工艺和膜热处理工艺对所制备炭膜疏水性能的影响.采用水接触角测试仪、TG、FTIR、AFM、SEM和TEM等测试手段,对疏水炭膜的表面结构和疏水性能进行了表征.结果表明,通过硅溶胶表面改性,在炭膜表面引入了甲基化的二氧化硅的表面结构,提高了其疏水性能.硅溶胶的制备工艺对所制备疏水炭膜的表面化学结构、形貌及粗糙度有较大的影响.其中硅溶胶合成反应温度对提高膜表面疏水性能的影响最为显著;膜表面甲基基团含量对改善炭膜表面的疏水性能起到决定性作用.通过控制硅溶胶合成和膜的热处理工艺可以有效地调控疏水炭膜的表面疏水性能;在最佳条件下制备的疏水炭膜,其表面粗糙度为34.263nm;水接触角达到138°左右,表现出良好的疏水性能.气体渗透性能测试表明,炭膜疏水改性对炭膜的气体渗透性能影响较小,但明显地提高了炭膜的抗老化性能.     

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     

PMDA-ODA型聚酰亚胺炭/碳纳米管杂化膜的制备及气体分离性能研究

针对现有气体分离炭膜存在的渗透速率低等问题, 提出并设计在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管, 经高温热解后制备炭/碳纳米管杂化膜. 分别采用透射电镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)和气体渗透实验对炭/碳纳米管杂化膜的微观结构和分离性能进行表征. 实验结果表明, 在PMDA-ODA型聚酰亚胺前驱体中掺杂碳纳米管后, 碳纳米管与炭基体之间形成明显的“界面间隙”, 打破了原有炭膜中由乱层炭构成的无序微孔结构, 重新构建了杂化炭膜的孔隙结构. 与纯炭膜相比, 杂化炭膜的气体渗透速率大幅增加, 其中O₂的渗透速率增大接近4倍(达到1576 Barrer), 而O₂/N₂的分离选择性仅降低17%.     

气体分离炭膜的结构设计、制备及功能化

气体渗透性低、机械强度差是炭膜产业化道路上的两大难题.研究发现,根源在于炭膜的蠕虫状孔道结构与均质炭膜的特有性质.为了解决炭膜渗透性低的问题,通过选择适宜的聚合物前驱体的分子结构与空间构型结合填充纳米粒子为功能基团等手段,实现对炭膜蠕虫状孔结构有效地调控与重新构建.在保证高选择性的条件下,不仅使炭膜的气体渗透性能提高了2个数量级以上,而且还使炭膜对某些气体具有较高分离选择性的功能化效果.为了改善炭膜的机械强度,将自主研发的廉价煤基炭膜支撑体与前驱体相复合,采用简单的制膜工艺,制备得到复合性能好、气体分离性能高的复合炭膜.