PI/ZIF-8杂化膜的制备及CO_2/N_2分离性能研究

以BTDA-ODA型聚酰亚胺为基质膜材料,2-甲基咪唑锌(ZIF-8)为掺杂剂,制备了聚酰亚胺基杂化膜(PI/ZIF-8)。运用FT-IR、XRD、SEM和EDS等表征方法,对ZIF-8含量不同的杂化膜的化学结构和微观结构进行了分析,并对杂化膜进行了CO_2和N_2单一气体渗透测试。结果表明,ZIF-8与PI两相完全相容且杂化膜对CO_2表现出很高的渗透选择性。当ZIF-8质量分数为7%(PI/7Z)时,CO_2的渗透系数为2.79×10~(-9) mol·m~(-2)s~(-1)Pa~(-1),相应的CO_2/N_2理想选择性系数达到最大值13.6,远大于努森扩散的分离系数0.79。     

蒸汽相转换法制备ZIF-8膜及其气体分离性能探究

金属有机骨架ZIF-8具有合适的孔道尺寸、优良的化学稳定性和热稳定性,在气体分离方面有潜在的应用价值.针对工业大孔载体成膜困难、不致密、通量低的问题,本文采用限制性内扩散法在大孔载体内部制备致密的ZIF-8膜,并对其合成机理进行探究,同时探究内扩散时间、晶化温度、溶剂的量等因素对膜分离性能的影响,采用X射线衍射、扫描电子显微镜等技术对膜的形貌和结构进行表征.研究结果表明,以甲醇作为溶剂,使用氧化锌凝胶,内扩散时间为10 s,在170℃晶化时间为10 h时,成功在管状大孔载体孔内制备致密的膜.单组分气体渗透实验结果表明,在25℃和0.1 MPa条件下,H₂的渗透速率为5.53×10^-7 mol/(m²·s·Pa),H₂/CO₂、H₂/N₂和H₂/CH₄的理想选择性分别为13.20、12.96和12.89.     

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.     

二氧化钛/ZIF-8复合超疏水海绵的制备及其油水分离性能

含油废水的处理海上溢油问题及含油废水的排放对经济与环境带来了巨大的破坏。利用聚多巴胺将自制的双尺度ZIF-8/TiO₂纳米粒子黏附到聚氨酯海绵,通过十八胺改性制备出超疏水油水分离海绵,通过FTIR、XRD等对其结构进行了表征分析;利用ZIF-8和TiO₂两种纳米粒子构建双尺度粗糙结构,并深入探究了两种粒子的用量对复合涂层表面性能的影响。结果表明当纳米粒子ZIF-8和TiO₂添加摩尔比为2∶1时,接触角达到最大值153°;复合海绵有良好的油水分离性能,吸收能力是其自重的40至118倍,分离效率平均在96%以上;在808 nm激光照射下10 s内温度可升高55.9℃,有良好的光热转换性能。     

液晶复合膜对H2,N2,CO及CO2气体分离性能的研究

本文研究了三种液晶/高分子复合膜对H_2、N_2、CO及CO_2等四种气体的透过情况。实验表明,液晶/高分子复合膜在液晶的熔点以下对H_2及CO_2具有较好的选择性,其原因可能是小分子液晶添加剂使聚合物的致密结构发生了变化。选择性αH_2/N_2、αH_2/CO等在液晶的熔点附近有较大的突跃。渗透系数P_(H_2),P_(CO_2)较之PVC膜均有数量级的提高。液晶分子结构对气体的分离系数有很大影响,液晶分子中是否含有酯基或氰基在液晶的熔点(T_(KN))以上的选择性αH_2/N_2、αH_2/CO、αCO_2╱N_2以及αCO_2/CO等可差别3～4倍。     

原位生长制备ZIF-8/聚酰胺双层复合纳滤膜及其染料分离性能

以2,6-二氨基吡啶、均苯三甲酰氯为水相和油相单体,通过界面聚合法制备吡啶功能化聚酰胺(PA-PY)膜,随后利用酰氯水解羧基和吡啶氮原子与锌离子的配位作用,在膜表面原位生长ZIF-8(类沸石咪唑酯骨架材料-8),制备了ZIF-8/聚酰胺(ZIF-8/PA-PY)双层复合纳滤膜。扫描电镜分析结果表明:原位生长法可在PA-PY分离层生成晶型结构完整、致密的ZIF-8层,且随着原位生长时间的增加,ZIF-8层逐渐增厚。ZIF-8/PA-PY双层复合纳滤膜对负电性染料的截留率较高,原位生长时间为12h时,双层复合纳滤膜对甲基蓝截留率为97.9%,刚果红为99.6%。     

基于ZIF-8的中空立方体的制备及锂离子电池应用

材料的结构形貌对其应用起到至关重要的作用, 中空结构因其独特的结构特征广泛应用于催化, 气体储存, 锂离子电池等领域。本文首先通过调控表面活性剂CTAB制备出大小一致的沸石咪唑骨架 (ZIF-8) 立方体, 然后利用TEOS和多巴胺来固定立方体ZIF-8的形貌, 接着通过退火以及刻饰的方法获得SiO₂@C的中空立方体结构。通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等一系列表征方法可知, 采用模板法制备出的SiO₂@C不仅在尺寸上保持大小的高度一致并且具有规则的立方体结构。作为中空结构在实际应用中的典型例子, 将SiO₂@C作为模板制备出的中空SiO₂@C@MoS₂结构, 具有优异的锂离子储存性能。在100 mA/g恒流充放电下循环100次后保持着930 mAh/g的放电比容量, 且在此过程中充放电循环效率均在95%以上。     

ZIF-8/PVA静电纺丝膜的制备及其吸附性能

采用静电纺丝技术成功制备出沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)/聚乙烯醇(PVA)静电纺丝膜。分别探究和优化了PVA浓度、纺丝电压、接收距离等参数对纤维膜形态结构的影响。对复合纳米纤维膜进行了形貌表征和成分分析。实验发现在ZIF-8的浓度为10wt%条件下,当PVA的浓度为7wt%、电压为40kV、接收距离为16cm时,可得到可纺性最好、形态均匀的纳米纤维膜,膜纤维的平均直径在240nm左右。将已经制备成功的ZIF-8/PVA复合纳米纤维用于吸附刚果红,在12h内吸附容量可达86mg/g,显示出良好的吸附能力。     

片状ZnO/ZIF-8异质结的正丁醇气敏性能增强研究

本文利用水热法,以2-甲基咪唑和氧化锌(ZnO)纳米片为原料原位合成了片状ZnO/ZIF-8异质结复合材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)和扫描电子显微镜(SEM)对样品进行表征,并通过气敏性能测试仪系统研究了样品的气敏性能,进一步探讨了ZnO/ZIF-8气敏性能增强的可能机理。气敏性能分析结果表明：与纯相ZnO(其最佳工作温度为180℃)相比,ZnO/ZIF-8的最佳工作温度降低为160℃。在最佳工作温度下,ZnO/ZIF-8对正丁醇表现出了优异的选择性,对200 ppm正丁醇的响应达到了76.778。在5～200 ppm正丁醇浓度范围内,ZnO/ZIF-8的灵敏度与浓度的相关性近似呈线性,重复性及稳定性良好,适合检测低浓度的正丁醇气体。     

Pebax/TPP共混膜的制备及CO2分离性能研究

为了获得具有高CO_2分离性能的膜材料,采用三丙酸甘油酯(TPP)为添加剂制备Pebax1657/TPP混合膜,并考察了TPP含量对Pebax/TPP共混膜的结构及气体分离性能的影响.SEM、XRD、ATR-FTIR和TGA分析表明,Pebax与TPP具有良好的相容性及热稳定性;TPP的加入同时提高了共混膜对CO_2和N_2的溶解系数和扩散系数.Pebax/TPP共混膜中CO_2和N_2的气体渗透性能随着TPP含量的增加而增加,而CO_2/N_2的选择性则随着TPP含量的增加而下降.     

ZIF-8填充聚硅氧烷膜的制备及渗透汽化分离水中正丁醇

两步法制备ZIF-8填充聚二甲基硅氧烷(PDMS)渗透汽化膜PDMS/ZIF-8,用以分离水中正丁醇,并对该膜的化学结构、形貌及热稳定性进行了表征.结果表明:该膜对正丁醇有很高的选择渗透性,随着ZIF-8添加量的增加,分离因子先增大后减小,而总通量单调下降.当ZIF-8添加质量分数为2%时(PDMS/ZIF-8-2膜),分离因子达到最高.另一方面,随着操作温度的上升,PDMS/ZIF-8-2膜的通量和分离因子都增大.在60℃,料液质量分数为0.96%时,PDMS/ZIF-8-2膜的分离因子及通量最高可达49.24和8.43kg·μm/(m2·h).     

分离CO2的促进传递膜

促进传递膜在分离机制上有别于普通分离膜，由于透过组分与膜中载体之间特异性的可逆反应使其性能优异．文章综述了国内外近年来在分离CO2促进传递膜方面的研究进展，特别介绍了本课题组在固定载体膜方面的研究结果，选择、研制固定工体膜材料所遵循的基本思路，以及对固定地体膜内传递机理所做的一些新探索．     

ZIF-8-SiO2的制备及其对U(Ⅵ)的吸附

以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8及硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备ZIF-8-SiO2复合材料,并采用XRD、SEM、EDS等方法对ZIF-8-SiO2的结构及吸附U(Ⅵ)前后的形貌进行表征,结果表明ZIF-8-SiO2成功制备且对U(Ⅵ)具有良好的吸附作用.以静态吸附实验,分别考察了pH值、时间、温度、溶液初始铀浓...     

中空纤维反渗透复合膜的制备及分离性能研究

通过间苯二胺水溶液和均苯三甲酰氯的正己烷溶液的界面缩聚反应,以聚砜中空纤维超滤膜为基膜,制备了聚芳香酰胺反渗透复合膜.用扫描电镜对复合膜的表面及断面进行表征,探索了复合膜在不同操作条件以及进液性质下的分离性能.研究结果表明:中空纤维反渗透复合膜具有良好的耐压密性和稳定性,在0.7MPa下具有良好的分离性能.此复合膜对NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、MgSO4、Na2SO4等无机盐水溶液的脱盐率不低于93.5%,通量大于21L/(m2·h);对天津市大港、小站两地的苦成水具有优异的淡化性能;对天津市自来水中的盐分也有良好的去除率.     

PDMS/PVDF复合膜分离VOC/N2的性能研究

采用涂布法制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(PDMS/PVDF)复合膜,并用于VOC/N2体系(正已烷/N2、环己烷/N2、正庚烷/N2二元混合气体)的分离,系统地考察了原料气浓度、原料气流速、操作温度对PDMS/PVDF复合膜分离性能的影响.结果表明,随着原料气浓度的升高、流速的增大,VOC的渗透率及选择性均增大,而随着操作温度的升高,VOC的渗透率和选择性有所降低.连续运行三个月,膜分离性能稳定,正庚烷的渗透率为1.2×10-6 mol/(s·m2·Pa),选择性可达145.     

醋酸纤维-奎宁分子印迹复合膜的制备及分离性能研究

采用多孔醋酸纤维膜为支撑体,制备了奎宁分子印迹复合膜,并对膜的选择结合性及分离性能进行了研究.研究结果表明,奎宁分子印迹复合膜对模板分子奎宁具有较好的选择结合性,奎宁在膜上结合量达到20.6μmol/g,奎宁/辛可宁的分离因子则为5.6;膜透过实验表明辛可宁透过奎宁分子印迹复合膜速率远大于奎宁的透过速率,该透过机理符合膜渗透的"溶解一扩散"模型.     

聚醚共聚酰胺复合气体分离膜对CO2/N2分离性能的研究

以烟道气中CO2的捕集为研究背景,以聚醚共聚酰胺Pebax1657嵌段共聚物为选择层膜材料,采用浸渍涂覆法,制备具有超薄分离皮层的PEI/PDMS/Pebax1657/PDMS多层复合气体分离膜,研究复合气体分离膜对CO2/N2混合气的分离特性.由于CO2的增塑作用,复合膜对CO2/N2混合气的分离系数为40左右,低于其理想分离系数.操作压力和原料气中CO2浓度对复合膜的渗透分离性能以及混合气的分离效果影响显著.在实际应用中,可通过调节膜两侧操作压力来提高CO2的富集浓度.