基于ZIF-8固定载体复合膜的制备及CO2分离性能研究

制备高效分离CO_2/N_2的气体分离膜一直是气体膜分离领域中的研究热点.采用简便的滴涂制膜方法,以聚砜(PSf)超滤膜为底膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为过渡层,在制备PVAm-PEA分离功能层过程中直接引入ZIF-8纳米颗粒,制备了高选择性分离CO_2/N_2的新型固定载体复合膜.通过表征和性能测试,考察分析ZIF-8及其含量对复合膜形貌与气体渗透性能的影响.结果表明,ZIF-8颗粒的加入使复合膜表面形貌较空白膜粗糙,CO_2渗透速率降低了43%,CO_2/N_2分离因子增加了220%.在0.1 MPa条件下,ZIF-8质量分数为0.05%时,CO_2渗透速率为59 GPU,CO_2/N_2分离因子为202.     

PDMS/PVDF优先透有机物渗透汽化复合膜的制备

以商品化聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维超滤膜为基膜,聚二甲基硅氧烷(PDMS)为涂膜材料制备PDMS/PVDF优先透有机物渗透汽化复合膜。用扫描电子显微镜(SEM)对膜结构进行表征,并研究了涂敷方法、基膜热处理工艺、PDMS浓度、固化温度及固化时间等因素对复合膜渗透汽化性能的影响。实验结果表明:基膜120℃下热处理,用10%的PDMS溶液,采用浸涂加真空涂敷的方法涂膜,110℃下交联固化6h制备的复合膜性能最佳。该复合膜在60℃时,分离5%的乙醇水溶液,分离因子可达到21.35,通量为331.21g/(m2·h)。     

Fe3O4 包覆聚苯乙烯磁性微球的制备及性能

为研究一种应用于磁稳定流化床反应器的新型高分子磁性微球的制备方法及性能,采用悬浮聚合法制备了Fe_3O_4纳米粒子包覆聚苯乙烯磁性微球,研究了搅拌速率、加入磁性Fe_3O_4纳米粒子的时间等因素对复合微球粒径及性能的影响,运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、热重(TGA)等测试手段,表征了磁性聚苯乙烯微球的形貌特征、结构、粒径、磁学性能及Fe_3O_4的包覆量.实验结果表明:在搅拌转速为600 r/min,80℃保温10 min加入修饰Fe_3O_4纳米粒子,制备所得的磁性聚苯乙烯微球为粒径分布均匀的球状微粒;Fe_3O_4的包覆量达到5%,最高饱和磁化强度为3.73 emu/g,具有较好的超顺磁性,可应用于磁稳定流化床反应器.     

疏水性纳米SiO2填充PDMS/PET复合膜的制备及分离性能研究

采用聚酯(PET)为支撑层,以疏水性气相法纳米SiO2填充改性的聚二甲基硅氧烷(PDMS)为皮层制备硅橡胶复合膜,用SEM、WSM-5 KN、TGA对膜改性后的物理形貌、拉伸强度及热稳定性进行分析与表征,并以乙醇/水物系为研究对象,着重考察了料液温度和浓度对改性复合膜渗透分离性能的影响.结果表明,改性膜的热稳定性显著提高,拉伸强度从空白膜的1.5 MPa增加到7.4 MPa.随着疏水气相法纳米SiO2含量的增加填充膜的分离因子极值不断增加并提前.     

过渡层对Pebax/PAN复合膜孔渗现象的影响研究

选用聚丙烯腈(PAN)超滤膜作底膜,以乙醇/水混合液作为Pebax的溶剂,采用浸渍涂层(dip coating)的方法制备Pebax/PAN复合膜.发现直接在PAN底膜上涂覆Pebax制备Pebax/PAN复合膜会导致涂层液的孔渗.本文借助理论模型分析孔渗深度对Pebax/PAN复合膜渗透速率的影响.研究表明,微小的孔渗深度也会对复合膜的整体气体渗透速率造成显著的影响.引入氨基硅氧烷与PDMS共混过渡层来解决孔渗问题,结果证实,引入该过渡层后,Pebax/PAN复合膜的气体渗透速率明显提高,而CO_2/N_2选择性基本保持不变.     

硅橡胶—聚砜非对称中空纤维复合膜气体渗透行为的研究

首先采用聚矾/二甲基乙酰胺/水体系,按照Loeb-Sourirajan 工艺制备了两种聚砜非对称中空纤维膜;后经硅橡胶表面涂层制成了硅橡胶—聚砜非对称中空纤维复合膜。实验测定了它们对H_2、CO_2、O_2和N_2等气体的渗透率在不同温度(10℃～40℃)下随渗透压力(2kg/cm~2～12kg/cm~2)的变化。通过计算得到各种气体通过两种复合膜的表观活化能。结果指出,非对称复合膜对气体的渗透分离性能,除表面涂层和致密层外,支撑层的结构和厚度也影响气体的渗透行为,尤其对快气的渗透性能影响更大,使气体通过不同结构的非对称复合膜时,表观活化能有很大差别。操作温度也会直接影响气体通过复合膜的渗透分离性能。     

Cu3(BTC)2对PDMS/PEI复合膜气体分离的改性研究

将金属骨架化合物(MOFs) ——Cu3(BTC)2填充到聚二甲基硅氧烷中,制备聚二甲基硅氧烷/聚醚酰亚胺(PDMS/PEI)非对称平板复合膜,进行了4种气体O2、N2、CO2及CH4的渗透过程研究,考察了Cu3 (BTC)2填充量及操作条件对膜分离性能的影响.结果表明,随Cu3 (BTC)2填充量的增加,4种气体的渗透通量及O2/N2、CO2/N2和CO2/CH4的分离系数较未改性的复合膜均有所提高,其中填充量为25％的改性复合膜获得了较优的效果;随操作压力的升高,气体的渗透通量增大而分离系数略有上升;随操作温度的升高,气体的渗透通量增大,CO2/N2和O2/N2的分离系数有所下降,而CO2/CH4的分离系数略有增加.     

板状C/C复合膜的制备及其气体分离性能

以商用PMDA-ODA型聚酰胺酸为涂膜液,采取旋转涂膜技术在煤基板状炭膜支撑体上制备成C/C复合膜.研究了旋转涂膜次数、支撑体性质、支撑体表面预浸渍处理及加入表面改性剂对C/C复合膜气体分离性能的影响,采用扫描电镜对炭膜的复合效果和微结构进行表征.结果表明:随着旋转涂膜次数的增加,气体的渗透速率下降、分离系数增加;与无烟煤支撑体相比,以烟煤支撑体制备的C/C复合膜气体渗透速率和分离系数均较大;无烟煤支撑体经预浸渍处理后可以提高C/C复合膜的气体渗透速率;涂膜液中加入表面改性剂可以改善涂膜液和支撑体的复合效果,经一次涂膜即可制备出具有分子筛分性质的C/C复合膜.以烟煤为支撑体制备的C/C复合膜对H2/N2、CO2/N2和O2/N2的分离系数分别为94.3、18.3和10.2;空气中O2/N2分离系数为10.8,氧气的渗透速率为4.99×10-9 mol·m-2· s-1· pa-1,一次富集氧气浓度达到74.4％.     

具有催化与渗透汽化双功能的纳米TiO2和Al2O3填充复合膜性能

采用聚丙烯腈(PAN)中空纤维超滤膜作为支撑底膜,经戊二醛(GA)表面交联的聚乙烯醇(PVA)作为渗透汽化层,以及纳米TiO2或Al2O3填充的全氟磺酸树脂(PFSA)作为催化层,制备了催化与渗透汽化双功能复合膜,考察了其亲水性能、对乙酸乙酯塔顶粗酯的渗透汽化分离性能、催化酯化反应性能以及机械性能.实验结果表明:催化与渗透汽化双功能复合膜具有良好的亲水性和机械性能,渗透通量可达到179g/(m2.h),相对应的分离系数为95,渗透物中不含乙酸乙酯,同时可显著缩短酯化反应达到相同转化率的时间.     

聚乙烯基胺/聚乙烯醇/碳纳米管杂化膜的制备及气体分离性能

以聚砜(PS)超滤膜为支撑层,首先制备聚乙烯基胺(PVAm)/聚乙烯醇(PVA)复合膜,考察PVAm与PVA的组成及铸膜液固含量对膜渗透选择性能的影响.当PVAm/PVA为7/3,固含质量分数为8%时,复合膜的性能最好,0.2 MPa下,CO_2渗透速率为35.5GPU[1GPU=10~(-6) cm~3(STP)/(cm~2·s·cmHg)],CO_2/N_2的分离系数为123.6.其次,在上述最佳条件中添加不同类型的多壁碳纳米管(MWCNT、MWCNT-OH和MWCNT-COOH),考察碳纳米管含量及表面基团对气体分离性能的影响,并利用红外分析、X-射线衍射及扫描电镜考察所制备杂化膜的化学结构、结晶性能.结果表明,添加表面—OH和—COOH改性的MWCNT可以有效提高膜的透过分离性能.当MWCNT-OH和MWCNT-COOH质量分数均为1%时,CO_2渗透速率分别为62.0和76.6GPU,CO_2/N_2的分离系数分别为117.7和139.5.最后,考察进料气压力对杂化膜CO_2渗透速率及CO_2/N_2的分离系数的影响,在0.2~1.8 MPa的压力范围内,添加表面改性的碳纳米管均能使复合膜的CO_2渗透速率提高.     

高选择性PDMSP/VDF复合膜渗透汽化分离乙醇/水混合物

以聚偏氟乙烯( PVDF)为基膜、聚二甲基硅氧烷(PDMS)为选择层制备了PDMS/PVDF复合膜,应用于渗透汽化分离乙醇/水混合物.系统研究了膜交联温度、操作温度、物料浓度和膜下侧压力对乙醇/水混合物的渗透汽化分离性能的影响,发现经130℃交联的复合膜在温度为60℃时,对乙醇的分离因子为8.23,可将乙醇浓度从体积分...     

改性纳米SiO2微球的制备及其在果蔬保鲜中的应用

采用溶胶-凝胶法制备纳米SiO_2微球并对其接枝改性,与壳聚糖/淀粉溶液复合后应用于圣女果保鲜包装中。通过扫描电镜、红外光谱、粒径分析等表征,考察纳米SiO_2成球工艺参数和接枝改性效果;并研究了添加不同质量分数的改性纳米SiO_2微球对壳聚糖/淀粉/纳米SiO_2复合膜溶液保鲜效果的影响。结果表明:添加5 m L浓氨水、2.8 m L正硅酸四乙酯、40 m L乙醇并通过缓慢滴加的方式制备得到的微球粒径均一、分散性好;经硅烷偶联剂KH550接枝改性后的纳米SiO_2微球,能够改善复合膜的多项性能;当添加质量分数为3%的改性纳米SiO_2微球时,壳聚糖/淀粉/纳米SiO_2复合膜的保鲜效果较好。     

PDMS/PES中空纤维渗透汽化复合膜的制备

用干湿相转化法制备聚醚砜(PES)中空纤维超滤膜,用不同的涂膜方式将聚二甲基硅氧烷(PDMS)溶液涂在经乙醇和正己烷处理过的PES中空纤维底膜的外表面或内表面,制备PDMs/PES中空纤维复合膜,在渗透物侧压力133.33 Pa,通过5%的乙醇-水溶液考察底膜后处理、涂膜方式等因素对膜渗透汽化性能的影响.     

水性醇酸树脂/中空TiO2微球复合涂层的性能

以豆油酸、三羟甲基丙烷、邻苯二甲酸酐和偏苯三酸酐为原料制备水性醇酸树脂,通过物理共混法将中空TiO2微球引入水性醇酸树脂中,研究中空TiO2微球粒径对水性醇酸树脂涂层水接触角、耐盐水性、电化学性能、附着力及铅笔硬度的影响.结果表明:中空TiO2微球粒径对水性醇酸树脂涂层的性能具有重要影响.当中空TiO2微球粒径为200 nm时,所制备的水性醇酸树脂/中空TiO2微球复合涂层的水接触角为106°,耐盐水性能达120 h以上,电化学阻抗较纯水性醇酸树脂涂层提高近两个数量级,具有优异的防腐性能,且复合涂层附着力为0级,铅笔硬度可达5H.     

TiO2-VOx纳米复合膜制备及耐腐蚀性研究

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术在316L不锈钢(316Lss)表面构筑纳米TiO2,TiO2/TiO2-VOx/TiO2复合膜,应用AFM和XRD表征膜的形貌及结构,并用光、电化学方法测试复合膜在0.5 mol/L NaCl溶液中暗态或紫外照射下的耐腐蚀性能,结果表明TiO2/TiO2-VOx/TiO2复合膜具有双重保护功能,即在紫外光照下可以起到光生阴极保护的作用,特别是当停止光照后,光生电位仍可维持在较低的电位长达6h以上;作为覆盖层纳米复合膜又可作为良好的阻挡层显著提高金属的耐腐蚀性.     

预交联法制备海藻酸钠复合微球及其缓释性能

采用预交联法制备海藻酸钠(SA)/凹土(ATP)复合微球(PCM)以克服常规制备方法导致微球交联不均匀的缺陷,从而改善微球的缓释性能。将ATP先与Ca~(2+)进行部分离子交换制备Ca~(2+)-ATP,然后在与SA复合过程中同时进行预交联形成交联密度有所提高的微球内核,再采用滴注法制备该复合微球。利用红外光谱、扫描电镜和电子照片对微球结构和形貌进行表征,考察了Ca~(2+)浓度对PCM力学强度、溶胀率、载药和缓释性能的影响。结果表明,PCM在1h的累计释放率由预交联前的68%降为50%,显著改善了微球的"突释"。释放动力学研究表明,微球的释药可用Ritger-Peppas方程很好地拟合,释药速率受骨架溶蚀和药物扩散双重控制。     

高性能Silicalite-1/PDMS复合膜的制备及应用

研制了新型纯硅沸石Silicalite-1/聚二甲基硅氧烷(PDMS)无机有机复合膜,进行了乙醇/水渗透汽化性能评价实验,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对膜的物理及微观结构分析和表征.分别采用原位法和晶种法制备性能相异的纯硅底膜.通过调控PDMS溶液的浓度来控制涂层的厚度和性能,研究Silicalite-1层和PDMS层对复合膜性能的影响.结果表明:所制备的无机有机复合膜在渗透汽化过程中表现出良好的稳定性,在保持高渗透通量的同时,复合膜的选择性得到了相当的提高.在60℃和乙醇质量分数为5%时,复合膜的通量和分离系数分别高达2.67 kg/(m2·h)和54.9.     

膜蒸馏用抗污染PVDF复合膜的制备与研究

提高膜表面的疏水化及液体进入压力(LEP)是减缓膜蒸馏过程中膜污染问题的有效策略.以聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜为基膜,采用浸渍涂覆-固化法将乳液组装到PVDF膜表面,制备了具有抗污染性能的复合膜.探究了涂覆时间对膜的形貌及性能的影响,并考察了复合膜的抗污染和抗结垢性能.结果表明,当涂覆时间为20 min时,复合膜的水接触角达到115°,LEP达到0.75 MPa.在DCMD浓缩实验中,复合膜在分别处理质量分数3.5%NaCl、质量浓度50 mg/L的HA和14.7 mmo/L CaSO₄水溶液时,膜通量稳定,冷凝液电导率保持在10μS/cm以内,表现出优异的抗污染和抗结垢性能.此外,考察了中空纤维复合膜的稳定性.结果表明,复合膜在浓缩质量分数3.5%NaCl水溶液时,膜通量为16 kg/(m²·h),冷凝液电导率保持在15μS/cm以内,表现出良好的长期稳定性能.     

PDMS/PVDF复合膜渗透汽化分离乙酸/水体系的性能研究

制备了聚二甲基硅氧烷/聚偏氟乙烯(PDMS/PVDF)渗透汽化复合膜,用于分离乙酸/水体系。研究了料液中乙酸浓度、料液温度、料液流速对复合膜分离性能的影响,比较了不同孔径PVDF支撑层的PDMS/PVDF复合膜的分离性能。结果表明:料液浓度增大、温度升高、流速加快有利于复合膜的传质,使渗透通量增加,但分离因子却表现出不同的变化趋势。渗透通量的大小按复合膜支撑层孔径的排列顺序为0.2μm0.45μm0.1μm1.0μm2.0μm,分离因子则为0.1μm2.0μm0.2μm0.45μm1.0μm,说明支撑层的结构对复合膜的分离性能具有重要的影响。     

渗透汽化膜与气体分离膜的对比研究

制奋了聚二甲基硅氧烷和多孔聚丙的复合膜,并分别用以分离O_2、N_2和以渗透汽化法分离乙醇—水混合物。结果表明,当复合膜较薄时,膜的选择性对气体保持不变,而对渗透汽化法却大幅度下降。说明尽管气体膜分离与液体混合物的渗透汽化分离都遵循“溶解扩散”机理,但是溶解和扩散对选择性的贡献在两种情况下,程度是不同的。计算了氧、氮、乙醇和水的透过活化能,分别为6.7KJ/mol、10KJ/mol、32.6KJ/mol和35KJ/mol.建议气体分离膜在室温操作而渗透汽化膜在较高温度操作。