PDMS低温热解制备有机/无机膜的研究

以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为前驱体聚合物, 采用浸渍法在支撑体上涂覆制备PDMS支撑膜, 将其在惰性气氛下350~480℃低温热解, 制备有机/无机膜。考察了制膜工艺条件对膜气体分离性能的影响; 并借助于TG和FT-IR测试手段探讨了PDMS 的热解过程及化学结构的变化; 采用SEM对有机/无机膜的微观形貌进行表征。研究表明, 采用低温热解法可以成功制备出气体分离性能良好的有机/无机膜。该膜既保留了有机膜的柔韧性, 又具有无机膜的热稳定性好的优点, 并表现出良好的气体渗透性能和选择性。PDMS制膜液的浓度、浸渍次数、复合膜的热解温度及基体孔径和性质等因素对有机/无机膜的气体分离性能以及膜层结构有较大的影响。在最佳工艺条件下制备的有机/无机膜其O₂渗透通量为21.2 GPU(1 GPU=7.501×10^-12 m³(STP)/(m²?s?Pa)), O₂/N₂分离系数为2.28。     

便携式分压力质谱计校准装置的性能测试研究

文章对新研制的便携式分压力质谱计校准装置的部分性能进行了测试。采用参考电离真空计测量了装置的极限真空度;对于流导值在10^-2 m³/s的圆孔型抽气流导元件,通过精确测量其直径和厚度的尺寸,采用公式计算得到分子流条件下的流导值;对于孔径在微米量级的进气流导元件,采用定容衰减压力的方法通过实验测量确定其流导值;采用同一真空计分别测量抽气流导元件两端的气体压力获得返流比。测试研究结果表明：装置的极限真空度为4.8×10^-7 Pa,抽气流导元件对N2的流导值为1.37×10^-2 m³/s,对N₂的返流比为0.193,两个进气流导元件对N₂的流导值分别为3.81×10^-6 m³/s、4.50×10^-8 m³/s,综合分析可得装置对N₂的校准范围为(4×10^-1～5×10^-6)Pa。     

乳液涂敷制备硅橡胶富氧膜

实验制备了聚二甲基硅氧烷/聚砜（PDMS/PS）富氧膜,并考察其富氧性能,分别制备了溶剂型羟基硅橡胶富氧膜和乳液型羟基硅橡胶富氧膜,评价其渗透速率Q和分离系数α（O₂/N₂）,得出了二者在性能上的差异,发现溶剂型富氧膜渗透速率Q（O₂）是乳液型富氧膜Q（O₂）的3～4倍,而乳液型富氧膜的分离系数α（O₂/N₂）比溶剂型富氧膜略好,并且以水代替有机溶剂,采用硅橡胶水乳液作为涂敷材料进行乳液涂敷,制备的乳液型富氧膜相对于传统的溶剂型富氧膜,具有环保、安全和经济等特点.该方法制备的富氧膜同时也具有较好的富氧效果,其氧气渗透速率Q（O₂）在113 GPU左右,分离系数α（O₂/N₂）能达到2.0.     

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.     

管状复合炭膜的制备及其气体渗透性能

以中空纤维陶瓷膜为载体，聚芳醚酮为聚合物前驱体，采用浸涂-相转化结合的方法制备复合炭膜，探讨了制膜工艺对复合炭膜结构及性能的影响.结果发现，铸膜液浓度和提拉速率对膜的完整性影响较大，在15%质量分数铸膜液和2 cm/min提拉速率的条件下，可制备出表面膜层完整均一且兼具较高气体渗透通量的复合炭膜；通过控制制备前驱体膜过程中蒸发温度和蒸发时间，复合炭膜分离层缺陷大幅减少，气体分离选择性得到了显著提升.以15%铸膜液和2 cm/min提拉速率，在60℃蒸发温度及10 s蒸发时间的制膜工艺条件下制备出的复合炭膜，其O₂/N₂、CO₂/N₂和CO₂/CH₄选择性分别为5.62、26.27、25.10,O₂、CO₂渗透通量分别可达252、1 177 GPU.     

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%.     

超灵敏度真空检漏技术进展

文章主要介绍国内外超灵敏度真空检漏技术的现状与发展。超灵敏度真空检漏是指对小于10^-12 Pa·m³/s的漏率进行检测的技术,它是高可靠长寿命真空器件封装的重要诊断手段。当前普通商用检漏仪受质谱分析下限和微小电流测量下限等因素的限制,其实际检漏下限一般为10^-11 Pa·m³/s量级,采用软件修正后显示的检漏下限可达10^-12 Pa·m³/s量级。为了解决对微小漏率的超高灵敏度检测,国际上自上世纪60年代开始相关技术研究,主要围绕检漏下限的延伸和检漏精度的提高两方面开展工作。国内突破了多项技术难题,最新研制出下限为5×10^-16 Pa·m³/s的超灵敏度真空检漏仪,并将检漏结果的合成标准不确定度减小到15%以内。     

气相色谱法分析六氟丁二烯中的6种气相杂质

通过对反吹系统和仪器工作条件的设计和优化,建立了一种利用气相色谱法分析六氟丁二烯中6种气相杂质的方法,并进行了验证实验。实验结果表明,该方法能够实现六氟丁二烯中H₂、O₂+Ar、N₂、CO、CO₂、CH₄杂质的检测分析,检测限分别可达0.02×10^-6、0.01×10^-6、0.02×10^-6、0.01×10^-6、0.04×10^-6、0.02×10^-6。各组分峰面积的相对标准偏差均<5%,相对平均偏差均<2%,线性相关系数均>0.99。     

类石墨烯碳氮分离膜氢气提纯特性的机理研究

氢气作为一种可再生、高效的清洁能源,在工业生产中必须保证纯度。膜分离技术是一种有效的手段。本工作采用密度泛函理论和分子动力学模拟方法研究了一种新型的类石墨烯碳氮(C₉N₄)分离膜对于H₂的分离提纯性能。密度泛函理论计算结果显示气体在C₉N₄分离膜上的吸附属于物理吸附。C₉N₄分离膜表现出极高的H₂渗透率和优异的选择性,300 K下H₂渗透率达到1.89×10^-5 mol·m^–2·s^-1·Pa^-1,H₂/CH₄的选择性达到10²⁴。分子动力学模拟的结果也显示C₉N₄分离膜具有良好的H₂分离特性。     

P(VDF-HFP)-SiO2/SF电纺Janus纤维膜的制备及油水分离应用

以疏水纳米SiO₂改性的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P（VDF-HFP）-SiO₂)和丝素蛋白（SF）为原料,利用静电纺丝技术,构建了具有非对称润湿性的P（VDF-HFP）-SiO₂/SF复合Janus纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、X射线能谱仪、傅里叶红外光谱仪及水接触角测量仪对纤维膜的微观形貌、组成、结构及润湿性进行了表征,并测试了Janus纤维膜的疏水层厚度对油水分离通量及分离效率的影响。结果表明,采用P（VDF-HFP）-SiO₂纤维膜为疏水层,SF纤维膜为亲水层构建的Janus纤维膜具有单向水渗透功能及良好的油水分离能力;当疏水层厚度为70μm,亲水层厚度为130μm时,水分离通量可达到了11 300 L/（m²·h·MPa）,油水分离效率可达99.65%,该研究为Janus油水分离膜的制备提供了新的材料选择。     

超灵敏度检漏仪校准技术进展

本文综述了国际上超灵敏度检漏仪的校准技术进展。超灵敏度检漏仪是高可靠长寿命真空器件封装的重要检漏工具,当前报道的检漏下限可达10^-16 Pa·m³/s,但检漏结果的正确性是器件可靠性的关键因素。超灵敏度检漏结果正确性主要取决于检漏仪的自身性能和计量校准,对于后者,国际上先后采用标准漏孔、可变漏率的白金丝漏孔及标准气体流量计作为参考标准来提高检漏结果的正确性。采用标准漏孔的方法是使用当前下限仅为10^-11 Pa·m³/s的漏孔作为参考标准,由于漏孔自身的偏差及检漏采用质谱计跨越几个数量级的线性递推方法,在小于10^-14 Pa·m³/s范围的检漏结果偏差可达一个数量级;采用可变漏率的白金丝漏孔作为参考标准,可提供(10^-10～10^-12)Pa·m³/s范围内漏率,与标准漏孔相比对检漏结果的正确性有一定提升;采用近期新研制的宽量程标准气体流量计作为参考标准,可提供下限为10^-16     

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.     

Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的制备及其在CH4/N2分离中的应用

以聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)为聚合物基体，以铬基金属有机框架MIL-100(Cr)为填充粒子，采用溶剂挥发法制备了系列Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜，并用于CH₄/N₂分离研究。结果表明，固相法合成的MIL-100(Cr)的BET为1808m²/g,在0.1MPa下对CH₄的吸附量为0.5mmol/g,对N₂的吸附量为0.28mmol/g,说明MIL-100(Cr)对CH₄具有高亲和力。随着MIL-100(Cr)纳米粒子的加入，Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的CH₄/N₂渗透选择性呈现先增大后减小的趋势，CH₄渗透率基本保持不变；当MIL-100(Cr)添加量为15%(wt,质量分数)时，混合基质膜的CH₄渗透性能保持在20Barrer, CH₄/N₂选择性能达到3.71。     

PVA-PAA/PTFE复合膜的制备及其在膜蒸馏中浓缩垃圾渗滤液的性能

膜蒸馏(MD)技术由于受浓差极化影响小,有望在浓盐水的深度浓缩中发挥作用,但在实际运行过程中会面临膜污染和润湿的问题.本研究采用旋涂法在商用疏水性聚四氟乙烯(PTFE)膜上涂覆一层亲水性皮层,制备了一种Janus复合膜.该皮层由聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)通过高温脱水缩合而成,在热水中性质稳定,具有较强的耐污染能力.Janus复合膜具有不对称的润湿性,PTFE膜表面呈疏水性,空气中水接触角为144.3°;涂层在空气中亲水,水接触角为59.1°,水下憎油.采用Janus复合膜,以含500 mg/L腐殖酸(HA)、14.7 mmol/L硫酸钙(CaSO₄)以及各自添加氯化钠(NaCl)的溶液作为进料液,进行直接接触式膜蒸馏(DCMD)测试.浓缩不含NaCl的HA溶液以及含有NaCl的HA溶液时,两种膜的通量相差不多,复合膜通量分别为16.2 kg/(m²·h)和15.5 kg/(m²·h).浓缩1.9倍CaSO₄溶液时,PTFE膜的通量为14.9 kg/(m²·h),复合...     

添加聚合物中间层对NaA分子筛膜的合成与性能的影响

采用浸涂法涂敷晶种,并通过二次生长法在α-Al₂O₂中空纤维外壁制备了NaA分子筛膜,考察了添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中间层对成膜和膜分离性能的影响.采用扫描电镜（SEM）对膜的表面形貌进行表征,通过75℃渗透汽化分离质量分数为90%的乙醇/水溶液表征膜层的分离性能.研究发现,采用浸涂法涂敷晶种,无PVP中间层制备的膜层对乙醇/水溶液的分离因子仅为3 000左右,而添加了PVP中间层制备的膜层的分离因子可超过10 000.考察了PVP添加量对膜通量的影响.研究发现,添加了PVP中间层制备的膜（其分离因子>10 000）的通量比无PVP中间层的膜（浸涂-滚擦法涂敷晶种,分离因子>10 000）的通量[7.83 kg/（m²·h）]低,且随着制备中间层的PVP溶液浓度的升高,膜的通量相应降低,当PVP质量百分浓度分别为1%,3%和5%时,膜的通量分别为7.35,5.82和5.51 kg/（m²·h）.     

功能化无机粒子修饰大孔载体反扩散法制备ZIF-7膜

采用功能化无机粒子“二合一”修饰的方法, 通过将3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)功能化的α-Al₂O₃粒子负载在大孔的管状载体上制备了类沸石咪唑框架(ZIF-7)膜, 考察了APTES的用量对ZIF-7膜制备的影响。结果表明, 嫁接有APTES的α-Al₂O₃粒子负载在载体上, 有效降低了载体表面孔尺寸并增加了载体表面异相成核的位点, 促进了膜的生长, 在APTES与α-Al₂O₃粒子的摩尔比为1:3时, 能够制得致密连续较薄的ZIF-7膜,?膜厚度大约为2~3 μm, H2的渗透通量为 4.70×10^-7 mol/(m²·s·Pa), H₂/CO₂、H₂/N₂的理想分离因数分别为5.87、4.59, 均大于努森扩散系数。     

陶瓷基碳纳米管复合膜的光热膜蒸馏性能研究

构筑新型光热多功能蒸馏膜界面具有重要的研究价值,本研究以氧化铝(Al₂O₃)陶瓷膜作为载体,通过原位化学气相沉积(CVD)过程制备了氧化铝-碳纳米管(Al₂O₃-CNTs)复合膜,复杂交错的CNTs网络结构同时为复合膜提供了较好的疏水性以及高效的光热转换性能.Al₂O₃-CNTs膜的氮气渗透性为1 135.14 m³/(m²·h·MPa),水接触角达到171.0°,液体渗透压力为0.15 MPa.复合膜在模拟太阳辐照下辐照600 s后,表面温度升高至82.7℃,光吸收率最高可达66.2%.通过研究传统膜蒸馏及光热膜蒸馏性能,结果表明,在进料液温度为75℃,流速为60 r/min,进料液质量分数为3.5%NaCl溶液的情况下,相比于传统膜蒸馏过程,该复合膜在4 kW/m²的模拟光照强度下,通量提升率为33.7%,太阳能利用效率达到22.7%,同时盐截留率(>99.8%)和渗透侧电导率(&...     

PBST/TiO2/MgO复合薄膜的制备及性能

采用硅烷偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)对TiO₂/MgO NPs改性,采用溶液共混法制备了聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)/TiO₂/MgO NPs纳米复合薄膜,并探讨了其在食品包装方面的应用。研究了改性TiO₂/MgO NPs对PBST基体机械、阻隔、抗菌和保鲜性能的影响。结果表明：复合膜的抗拉强度和水蒸汽透过率分别为29.39MPa和2.43×10^-11g·m/(m²·s·Pa),相较PBST基体抗拉强度提高了24.32%,水蒸汽透过率降低了32.37%,且对金黄色葡萄球菌(S.aures)和大肠杆菌(E.coli)抑菌效果显著,分别达到98.7%和97.2%,并对圣女果有良好的保鲜性能,当改性后的TiO₂/MgO NPs质量含量为5%时,复合薄膜的性能最佳。     

Enhancing electrocatalytic N2-to-NH3 fixation by suppressing hydrogen evolution with alkylthiols modified Fe3P nanoarrays

Electrocatalytic N₂ reduction provides an attractive alternative to Haber-Bosch process for artificial NH₃ synthesis.The difficulty of suppressing competing proton reduction,however,largely impedes its practical use.Herein,we design a hydrophobic octadecanethiol-modified Fe₃P nanoarrays supported on carbon paper(C18@Fe₃P/CP)to effectively repel water,concentrate N₂,and enhance N₂-to-NH₃ conversion.Such catalyst achieves an NH₃ yield of 1.80×10^-10 mol s^-1·cm^-2 and a high Faradaic efficiency of 11.22%in 0.1 M Na₂SO₄,outperforming the non-modified Fe₃P/CP(2.16×10^-11 mol s^-1·cm^-2,0.9%)counterpart.Significantly,C18@Fe₃P/CP renders steady Nrfixing activlty/selectivity in cycling test and exhibits durability for at least 25 h.First-principles calculations suggest that the surface electronic structure and chemical activity of Fe₃P can be well tuned by the thiol modification,which facilitates N₂ electroreduction activity and catalytic formation of NH₃.     

高氢选择性分子筛炭膜的制备

以聚酰胺酸为涂膜液,以自制的最可几孔径0.39 μm的粉煤灰膜为支撑体,采用浸渍一提拉法涂膜,经过亚胺化-炭化,制备了支撑分子筛炭膜.通过时间一延迟(time-lag)法表征了膜的气体渗透性能.和聚酰亚胺膜相比分子筛炭膜同时具有高的渗透性和选择性,所得到的分子筛炭膜具有高氢选择性,H2/CH4分离因子达到951,H2/N2分离因子为380,氢气渗透速率达到1.64×10-8 mol/(m2·s·Pa).