硅藻土-莫来石陶瓷负载SiO2膜的制备与表征

将液晶模板技术与溶胶 -凝胶法相结合 ,制备了硅藻土 -莫来石陶瓷 (K -M )负载型SiO2 膜 .表征实验结果表明 :SiO2 膜层与TiO2 过渡膜层间通过Si—O—Ti键的价联方式形成了紧密、稳定的化合型复合膜 ;SiO2 膜孔径集中在 4～ 5nm ,孔分布较为均匀 ;K -M负载SiO2 膜管对气体具有较强的渗透能力 ,并有较好的气体分离作用 .根据实验结果探讨了模板剂的性质及用量对SiO2 膜孔结构的决定性作用 .     

聚醚砜-纳米二氧化硅气体分离复合膜的性能

研究了纳米二氧化硅(SiO2)颗粒的添加对聚醚砜纳米二氧化硅气体分离复合膜气体渗透性能的影响.采用SEM、机械性能和气体分离性能等评价方法分别表征膜的微观结构、力学性能及分离性能.结果表明:随着SiO2添加量的增加,杨氏模量增大,H2、N2、O2、CH4和CO2气体的渗透通量增大,但O2/N2,CO2/CH4和H2/N2的分离因子有所降低;中空纤维气体分离复合膜在放置一段时间后,性能趋于稳定;制备好的膜以乙醇和正己烷为交换剂,在烘箱中烘干作为后处理方式能够使膜具有较好的分离性能.     

硅藻上一莫来石陶瓷负载SiO2膜的制备与表征

将液晶模板技术与溶胶－凝胶法相结合,制备了硅藻土－莫来石陶瓷（Ｋ－Ｍ）负载型ＳｉＯ２膜。表征实验结果表明：ＳｉＯ２膜层与ＴｉＯ２过渡膜层间通过Ｓｉ－Ｏ－Ｔｉ键的价联方式形成了紧密、稳定的伦合型复合膜;ＳｉＯ２膜孔径集中在４～５ｎｍ,孔分布较为均匀;Ｋ－Ｍ负载ＳｉＯ２膜管对气体具有较强的渗透能力,并有较好的气体分离作用根据实验结果探讨了模板剂的性质及用量对ＳｉＯ２膜孔结构的决定性作用。     

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％.     

多孔碳化硅及氧化铝/碳化硅复合膜的制备与性能

以碳化硅(SiC)为骨料,氧化铝(Al2O3)为烧结助剂,在空气气氛下反应烧结制备碳化硅多孔陶瓷支撑体,并配制Al2O3制膜液,采用浸浆法在支撑体表面进行涂膜.重点考察Al2O3添加量对支撑体的孔隙率、抗弯强度、微观形貌的影响与支撑体的抗热震性能;采用环境扫描电镜(SEM)观察膜层的微观形貌,并对膜层的气体渗透性能、抗热震性能等进行考察.结果表明,当烧结温度为1500℃、Al2O3添加质量数为10%时,支撑体的抗弯强度为31MPa、孔隙率为30%,气体渗透系数为4 000m3/(m2.h.0.1MPa),抗热震性能良好;制备的碳化硅陶瓷复合膜,其平均孔径为4.7μm,膜厚为110μm,气体渗透系数为1 917m3/(m2.h.0.1MPa),具有良好的抗热震性能.     

乙基纤维素/TiO2复合膜的制备及气体渗透性能

以乙基纤维素(EC)和正钛酸丁酯(TBT)为主要原料,通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了EC/TiO2复合膜。研究了TiO2粒子在复合膜中分布形貌、复合膜的结构变化及对气体渗透和分离性能的影响。结果表明,TiO2质量分数达到25%时,微米级的TiO2粒子均匀分散在复合膜中,复合膜形成有机-无机三维网络结构,测试气体在膜中的渗透行为主要受动力学因素控制,其中H2、O2透气系数分别增大至纯EC膜的1.8倍和1.3倍,H2/N2及O2/N2分离性能略有提高。     

负载型中孔SiO2-Fe2O3膜的制备与表征

将模板技术和溶胶凝胶法相结合,制备SiO2/K-M复合陶瓷膜管负载型SiO2-Fe2O3膜.采用XRD、SEMI、R、氮吸附和气体渗透性能测试等手段对该膜材料的表面形貌、结构、孔径分布和气体渗透性能进行表征,并探讨了制膜条件对成膜情况的影响.结果表明:SiO2-Fe2O3膜成膜情况良好,过渡层SiO2与SiO2-Fe2O3膜结合紧密;在SiO2-Fe2O3膜中,Fe2O3和SiO2都是以晶体形式存在,Fe2O3已进入SiO2骨架内部,与SiO2发生键合,形成Si-O-Fe结构;Fe2O3-SiO2膜孔径分布集中于4 nm,气体的渗透属于Knudsen扩散控制区;Fe2O3-SiO2膜对HCl/N2和HCl/C2H4的分离因子分别达到2.55和1.81.     

聚酰亚胺/TiO2 复合膜的制备、表征和气体渗透性测定

以硅藻土-莫来石陶瓷膜管为支撑体，以TiO2为过渡层，通过溶胶-凝胶法制备了负载型聚酰亚胺／TiO2复合膜．采用FTIR、NMR、TG／DTA、TEM、BET和气体渗透法对复合膜进行了表征和测试．结果表明：TiO2相通过与聚酰亚胺链上羧酸基支链发生键连形成有机无机组分交错分布的网状结构；复合膜具有良好的热稳定性和有机无机兼容性；相对于聚酰亚胺膜，复合膜对H2、CO2、N2和H2O具有较高的分离性；TiO2含量为15wt％的复合膜对H2／N2、C02／N2和H20／N2的分离因子分别为64．2、42．5和80．8．     

叠合膜用于多组分体系渗透汽化脱水过程的研究

针对用渗透汽化—反应精馏耦合过程来实现溴丙烷的连续化生产时氢溴酸对PVA膜的腐蚀作用，用阻氢溴酸的PTFE基离子交换膜与PVA/PAN复合膜的叠合膜进行HBr—PrOH—H2O三组分体系的脱水．分别测试了PVA／PAN复合膜、PTFE基离子膜以及PTFE—PVA叠合膜对丙醇—水—氢溴酸的分离性能．渗透汽化结果表明，这种双膜叠合方法不但保持了PVA膜的高分离性能，而且有效地解决了氢溴酸对PVA膜的腐蚀问题．     

基于二乙醇胺/PVA的选择性渗透膜制备及表征

目的制备一种二乙醇胺/聚乙烯醇(PVA)涂覆于低密度聚乙烯的选择性渗透膜,并对其性能进行研究。方法以硅藻土为添加剂、低密度聚乙烯(LDPE)为基膜,以二乙醇胺为胺基载体的复合聚乙烯醇为涂层,通过将涂膜液涂覆在低密度聚乙烯膜上制备新型选择性渗透膜,并研究二乙醇胺载体选择性渗透膜的气体选择性透过性能、二乙醇胺载体对渗透膜结构与性能的影响。结果试验制备的基于二乙醇胺/PVA的选择性渗透膜的CO_2和O_2的渗透系数比值最高可达5.13。结论所制备薄膜提高了CO_2气体渗透率,CO_2和O_2的气体选择性系数。随着二乙醇胺载体含量的增加,复合膜拉伸强度变化不显著,断裂伸长率随着胺基载体含量的增大略有上升。     

非对称膜及其复合膜结构参数的确定

根据非对称膜及其复合膜与气体渗透之间关系的数学模型，建立了通过测定气体渗透率确定膜结构参数的计算方法，并建立了相应的电算软件。可确定的膜结构参数为涂层厚度、致密层厚度、底膜和复合膜的表面平均孔径及表面孔隙率。并利用此方法确定了两种气体分离复合膜的结构参数。     

再铸Nafion膜的制备与应用

采用溶液－浇铸法用商业化Nafion膜的溶解液制备再铸Nafion膜，对再铸Nafion膜进行了氧气渗透系数测试和电池性能评价，并与厚度相近的商业化Nafion膜进行比较，同时对再铸Nafion膜组装的PEMFC进行了短期稳定性考查，实验结果表明：通过溶液－浇铸法制备的再铸Nafion 膜可以应用于质子交换膜燃料电池，再铸Nafion膜的氧气渗透系数和电池性能与商业化Nafion膜相近，再铸Nafion膜组装PEMFC在150h之内未见电池性能下降。     

聚醚酰亚胺基炭分子筛膜的形成及其气体分离性能研究

以商用聚醚酰亚胺(PEI)作为前驱体,采用经过ZrO2-Al2O3复合溶胶修饰的陶瓷氧化铝为支撑体,浸渍涂膜制备聚合物膜,在空气中预氧化处理后,经500～800℃不同的炭化温度下制备出气体分离炭分子筛膜。为了考察炭化温度对炭膜结构和气体分离性能的影响,采用热重分析(TG)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和气体渗透等测试手段,对热解过程聚合物膜热稳定性、炭微晶结构及石墨化进程、微观形貌和气体分离性能进行了系统研究。结果表明,不同的炭化温度对所形成炭膜表现出不同物理和化学结构、炭结构和孔结构,最终影响炭分子筛膜的气体渗透性和分离选择性。     

Microporous Organic Materials for Membrane‐Based Gas Separation

Membrane materials with excellent selectivity and high permeability are crucial to efficient membrane gas separation. Microporous organic materials have evolved as an alternative candidate for fabricating membranes due to their inherent attributes, such as permanent porosity, high surface area, and good processability. Herein, a unique pore‐chemistry concept for the designed synthesis of microporous organic membranes, with an emphasis on the relationship between pore structures and membrane performances, is introduced. The latest advances in microporous organic materials for potential membrane application in gas separation of H₂, CO₂, O₂, and other industrially relevant gases are summarized. Representative examples of the recent progress in highly selective and permeable membranes are highlighted with some fundamental analyses from pore characteristics, followed by a brief perspective on future research directions.     

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.     

定向聚合制备硅分子筛复合膜

研制出一种高强度、高选择透过性的硅分子筛复合膜 .这种膜的最大特点 ,是其表面分离层是由定向聚合制得的硅树脂膜裂解制成 .由于这种硅树脂的大分子呈规则排列 ,因而导致最终裂解膜的孔径分布极窄 ,膜选择透过性能较大幅度提高 .这种膜对气体的渗透系数约为1 0 3Barrer(1Barrer =7.6× 1 0 - 8cm3·cm/cm2 ·s·MPa) ,H2 /N2 分离因子可达 90 ,其选择透过性能远优于常规的有机膜和无机膜 ,也优于常规碳分子筛膜和硅分子筛膜 .这种膜以多孔陶瓷为支撑体制成复合膜 ,因而具有较高的强度 .     

Microstructural and Interfacial Designs of Oxygen‐Permeable Membranes for Oxygen Separation and Reaction–Separation Coupling

Mixed ionic–electronic conducting oxygen‐permeable membranes can rapidly separate oxygen from air with 100% selectivity and low energy consumption. Combining reaction and separation in an oxygen‐permeable membrane reactor significantly simplifies the technological scheme and reduces the process energy consumption. Recently, materials design and mechanism investigations have provided insight into the microstructural and interfacial effects. The microstructures of the membrane surfaces and bulk are closely related to the interfacial oxygen exchange kinetics and bulk diffusion kinetics. Therefore, the permeability and stability of oxygen‐permeable membranes with a single‐phase structure and a dual‐phase structure can be adjusted through their microstructural and interfacial designs. Here, recent advances in the development of oxygen permeation models that provide a deep understanding of the microstructural and interfacial effects, and strategies to simultaneously improve the permeability and stability through microstructural and interfacial design are discussed in detail. Then, based on the developed high‐performance membranes, highly effective membrane reactors for process intensification and new technology developments are highlighted. The new membrane reactors will trigger innovations in natural gas conversion, ammonia synthesis, and hydrogen‐related clean energy technologies. Future opportunities and challenges in the development of oxygen‐permeable membranes for oxygen separation and reaction–separation coupling are also explored.     

BDAF-PMDA型聚酰亚胺炭膜的制备及其气体分离性能的研究

以2,2-双[4-(4-氨基苯氧基苯基)]六氟丙烷(BDAF)为二胺单体,均苯四酸二酐(PMDA)为二酐单体,采用两步法制备了BDAF-PMDA型聚酰亚胺,进一步高温热解制备炭膜.采用红外、热重、X射线衍射分析其结构变化,并测试炭膜对纯组分及混合气体的渗透性能和分离选择性.结果表明,BDAF-PMDA型炭膜具有较高的气体渗透性,在CO2/H2体系中可优先渗透CO2.提高炭化温度,炭膜孔径减小,气体的渗透性能降低,选择性提高,并使得BDAF-PMDA型炭膜的分离机理由表面扩散为主逐渐变为表面扩散和分子筛分共同控制.     

CO2／CH4醋酸纤维素分离膜的制备

以湿相转化法制备ＣＯ２／Ｃ４醋酸纤维互分离膜，无需热处理工序，研究了各种制膜条件，如蒸发时间、聚合物芨添加剂含量等，对膜气体分离性能的影响；用电镜观察了膜的形态结构，结果表明，适当提高聚合物浓度和延长蒸发时间可使膜表皮层变致密，获得高的ＣＯ２／ＣＨ４分离选择性和气体透过速率。