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).     

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％.     

载镍炭分子筛膜的制备及其气体透过性能

采用热固型共聚磺化酚醛树脂在多孔Al2O3管外侧经涂覆、固化、离子交换和热解的方法制备了一种载镍炭分子筛膜.用扫描电子显微镜观察了载镍炭分子筛膜和无镍炭分子筛膜的表面形态,结果表明无镍炭分子筛膜的表面十分光滑,而载镍炭分子筛膜表面呈明显的颗粒堆积状.XRD分析表明载镍炭分子筛膜中镍以硫化物存在.500℃热解所得载镍炭分子筛膜35℃,1.013 2×105Pa时O2通量为32 GPU[1GPU=1×10-6cm3(STP)/s.cm2.cmHg],O2/N2分离系数为6.7.700℃热解所得载镍炭分子筛膜室温空气储存45天后,35℃时对H2,CO2,O2,N2,CH4等气体的透过通量波动小于8%,而透过选择性几乎不变.     

管状复合炭膜的制备及气体分离性能

以商用PMDA-0DA型聚酰胺酸为涂膜液,采用浸渍涂膜法制备管状复合炭膜,考察支撑体的孔径尺寸、涂膜液浓度以及加入添加剂对所制备复合炭膜的气体分离性能的影响;并利用热重分析及扫描电镜考察所制备炭膜的热分解行为和复合效果.结果表明,与混煤支撑体相比,烟煤支撑体所制备的管状复合炭膜表现出更好的气体分离性能;随着涂膜液浓度的增加,气体的渗透速率呈先下降后上升的趋势,选择性则先增大后减小;添加表面活性剂不仅改善了涂膜液与支撑体表面的复合效果,减少了涂膜次数,同时提高了炭膜的气体渗透能力;在最佳制膜工艺条件下,H2、O2、CO2、N2的渗透速率分别为176.3×10-10、16.97×10-10、15.57×10-10、1.79×10-10mol/(m2·s·Pa),H2/N2、O2/N2、CO2/N2的选择性为100.7,10,9.34.     

Fe_3O_4掺杂制备气体分离功能炭膜

采用共混法在聚酰亚胺前驱体中引入Fe3O4纳米粒子,经高温热解炭化制备了杂化功能炭膜.采用XRD、TEM和VSM等分析方法对所制备的功能炭膜进行表征,并探讨了Fe3O4纳米粒子的掺杂量及炭化终温对功能炭膜气体分离性能的影响.结果表明,Fe3O4纳米粒子在热解炭化过程中发生了物相形态的改变,并对前驱体起到了催化石墨化的作用,使功能炭膜具有类石墨片层和乱层炭的两种炭结构形态,同时具有磁性.气体渗透实验表明,掺杂Fe3O4纳米粒子使所制备的功能炭膜具有"分子筛分"的分离特征,提高了炭膜的气体渗透性能,特别是对小分子气体H2的渗透性提高了61倍,H2/CO2的分离选择性也明显得到改善.Fe3O4的掺杂量和炭化终温对炭膜的气体分离性能有显著影响.Fe3O4添加量为20wt%的功能炭膜对H2、CO2、O2、N2和CH4等纯气体的渗透系数分别为15476、4385、1565、193和114Barrers[1Barrer=1×10-10cm3(STP).cm/(cm2.s.cmHg)].     

水热法与溶胶-凝胶法复合制备锂离子筛前驱体膜

以表面孔径为0.1μm的α-Al2O3陶瓷管为支撑载体,以硝酸锰和硝酸锂为主要原料,先采用水热法进行预成膜,再采用溶胶-凝胶法复合制备膜状含锂锰氧化物,利用XRD和SEM对合成产物进行表征,并进行单一气体渗透性能测试.结果表明,合成产物为膜状的锂离子筛前驱体LiMn2O4;膜的表面连续致密,没有明显的晶间孔和裂缺,膜厚度约为1 μm;室温下膜对H2的渗透率为1.09×10-6mol·s-1·m-2·Pa-1,H2/N2的理想分离因数达3.63,具有较好的选择分离性.研究结果为基于锂离子筛膜的连续化海水提锂技术开发提供了材料支撑.     

液相氧化-低温煅烧脱除Silicalite-1膜模板剂及其性能研究

采用原位生长法在管状大孔α-Al2O3载体外表面上合成致密连续Silicalite-1沸石膜,利用双氧水和稀硝酸混合液液相氧化-低温煅烧方法脱除Silicalite-1沸石膜的模板剂,并用扫描电镜(SEM)、气体渗透测试,渗透蒸发(PV)等表征手段对沸石膜的性能进行评价.结果表明所制备的Silicalite-1膜表面晶粒交互生长,致密,连续,膜的厚度约为10 μm.在293K,0.1 MPa压差条件下,N2的渗透速率为8.16×10-7mol/(m2·s·Pa),N2/i-C4H10理想分离系数为达到425.在428 K下,CO2/N2的理想分离系数为2.89.在333 K下,渗透蒸发分离5%乙醇/水混合液,乙醇/水的分离系数αA/W达到40.3,通量J为0.83 kg/(m2·h).     

炭分子筛的结构和表面性质对其吸附分离CH4/N2和CO2/N2的影响

对日本Takeda(CMS-1)、Kuraray(CMS-2)和德国BF(CMS-3)3种炭分子筛(CMS)的孔结构和表面官能团进行了表征,分析了它们对CH4/N2和CO2/N2的吸附平衡和吸附动力学分离性能,以及CMS的结构与表面性质对吸附性能的影响。结果表明,CMS-1和CMS-2可实现CH4/N2的动力学分离,还可实现N2/CO2的平衡分离;CMS-3平衡分离CH4/N2和CO2/N2的效果要优于动力学分离。孔结构是影响炭分子筛分离性能的直接因素,孔径分布的差异使CMS-1和CMS-2对CH4/N2的位阻-动力学分离效应表现得更为明显;表面含氧官能团有利于提高炭分子筛的吸附分离性能。     

纳米TiO_2掺杂炭膜的制备及其CO_2分离性能

以钛酸丁酯为原料、聚乙二醇为稳定剂,采用溶胶—凝胶法制备含球形TiO2纳米粒子的溶胶,将其与碳前驱体聚糠醇均匀混合后涂敷于多孔Al2O3基体表面,最后经炭化处理制得TiO2-C/Al2O3复合膜。采用SEM、TEM、XRD、粒径分析等手段对样品进行表征,并测定炭膜对CO2、N2和CH4的渗透性能。结果表明,聚乙二醇能有效控制钛酸丁酯的水解,不仅有利于形成粒径小而均匀的球形纳米TiO2粒子,而且可促进TiO2粒子在聚糠醇中的均匀分散。TiO2粒子的掺杂明显提高了炭膜的CO2渗透率及渗透选择性。其中,CO2渗透率、CO2/N2选择性和CO2/CH4选择性分别可达7.0"10-8mol·m-2·s-1·Pa-1、34和64。TiO2的掺杂有利于产生更多渗透通道,但也会阻断炭材料本身的渗透通道,因此TiO2的掺杂量存在最佳范围。     

低模板剂法合成Silicalite-1沸石膜及其气体渗透性能研究

在较低的模板剂浓度下,采用二次生长法在大孔(孔径约4～6μm)α-Al2O3载体上合成Silicalite-1沸石膜,并采用x射线衍射法、扫描电子显微镜及不同温度下单组分气体渗透实验对所合成的沸石膜进行表征.结果表明,合成的是典型的Slicalite-1沸石膜,无其他杂质形成;制备的沸石膜连续、互生、致密,没有明显的缺陷.在40℃下H2的渗透速率为4.47×10-7 mol/(m2·s·Pa),H2/SF6的理想分离系数44,远高于其KnudSen扩散系数8.54.在40～200℃之间,H2/SF6的理想分离系数曲线呈V型,H2的渗透速率几乎不变,N2的渗透速率随温度升高略下降.     

聚醚共聚酰胺多层复合气体分离膜的制备及其分离性能

采用浸渍涂覆法,以聚醚共聚酰胺PEBA1074嵌段高分子为选择层膜材料制备具有超薄分离层的PEI/PDMS/PEBA1074/PDMS多层复合气体分离膜,探讨了操作条件对H2、N2、CH4和CO2等在多层复合膜中的渗透性能的影响.多层复合膜对极性气体具有较高的渗透通量,并且对极性/非极性气体分离体系具有较高的选择性.CO2对多层复合膜存在增塑作用,其渗透通量随操作压力的增加而增加;随着操作温度的升高,H2、N2、CH4和CO2在复合膜中的渗透通量显著增大,而CO2/非极性气体(H2、N2和CH4)的分离系数减小.气体渗透通量与温度的关系在PEO链段熔点的上下分别满足不同的Arrhenius方程.当操作温度大于PEO链段熔点温度时,气体的渗透活化能减小.     

材料在真空环境下放气的测试技术研究

往真空材料放气率测试装置上对金属材料的放气特性进行了实验研究,实验采用的方法为静态升压法、固定流导法、双通道气路转换法。实验结果表明,测试装置的极限真空度为9．2×10^-9Pa,铜、铝合金2A12、304不锈钢三种材料半小时后的放气率分别为2．34×10^-8a·m^3·s^-1·cm^-2、1．83×10^-9Pa·m^3·s^-1·cm^-2、8．48×10^-11Pa·m^3·s^-1·cm^-2。利用四极质谱计测得装置的本底气体成分主要有H2、N2／CO、H2O和CO2,材料放出的气体成分主要有N2／CO、H2O。三种方法测试得到的铜金属材料的放气率随着温度的升高而小断增大。     

Intracavity CO laser photoacoustic trace gas detection: cyclic CH(4), H(2)O and CO(2) emission by cockroaches and scarab beetles

A liquid-nitrogen-cooled CO laser and an intracavity resonant photoacoustic cell are employed to monitor trace gases. The setup was designed to monitor trace gas emissions of biological samples on line. The arrangement offers the possibility to measure gases at the 10(9) by volume (ppbv) level (e.g., CH(4), H(2) O) and to detect rapid changes in trace gas emission. A detection limit of 1 ppbv for CH(4) in N(2) equivalent to a minimal detectable absorption of 3 × 10(-9) cm(-1) can be achieved. Because of the kinetic cooling effect we lowered the detection limit for CH(4) in air is decreased to 10 ppbv. We used the instrument in a first application to measure the CH(4) and H(2) O emission of individual cockroaches and scarab beetles. These emissions could be correlated with CO(2) emissions that were recorded simultaneously with an infrared gas analyzer. Characteristic breathing patterns of the insects could be observed; unexpectedly methane was also found to be released.     

Permeation of binary gas mixtures in ultramicroporous membranes

High-quality nanometer thick ultramicroporous membranes were prepared from silica sol-gel processes and tested for the permeation of binary gas mixtures of He, H2, CO2, and CH4 across different temperature and partial pressure regimens. Pore size distribution by molecular probing showed that the majority of pore sizes had dimensions below 2.9 A. In 50:50 binary mixtures, the fluxes of gases increased as a function of temperature, indicating an activated transport mechanism. The ultramicroporous membranes showed high selectivities at 150 degrees C for He/CO2 (30), He/CH4 (93), H2/CO2 (10), and H2/CH4 (9) with lower selectivities for CO2/CH4 (5). High activation energies (Ea) were observed for the permeance of 50:50 binary mixtures containing He and H2 of 22.1-27.5 and 17.6-23.1 kJ.mol-1, respectively. The Ea for the permeance of the total mixture approached the Ea for the permeance of the molecule with the smaller kinetic diameter (He or H2).     

GM592 DID型气相色谱仪检测高纯氩气体杂质组分的改进

GM592 DID型气相色谱仪是一款专门检测高纯气体的分析仪器,该仪器采用双柱气体切割转换分析方法,同时检测出高纯氩、高纯氮等气体中的氢气、氧气、氮气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等杂质的含量,其检测下限达到H2≤20×10-9,Ar/O2≤10×10-9,N2≤10×10-9,CH4≤10×10-9,CO≤20×10-9,CO2≤20×10-9,且色谱峰分离效果较好,分析结果准确度较高,但分析时间达到32 min,为了提高工作效率,缩短分析时间,对该仪器进行了改进,改进后分析时间缩短了8.5 min,经多次实验对照,使用效果较好。     

几种HQDEA型聚醚酰亚胺的透气性能

合成了四种双醚二酐(HQDEA)型聚醚酰亚胺,研究了它们对H_2、CO_2、O_2、N_2和CH_4五种气体的透过性能。结果表明,这类聚醚酰亚胺的分子结构,特别是取代基的位置对透气性和透气选择性有很大的影响。酰亚胺键邻位甲基取代聚醚酰亚胺(HQDEA-DMMDAI)兼具有高的透气性和透气选择性。     

溶胶凝胶模板法制备In2O3纳米线及其气敏性能

以InCl3·4H2O和乙二胺为原料,采用溶胶凝胶模板法合成了立方晶系的In2O3纳米线,利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜对材料的组成、形貌、晶粒的大小、直径进行了表征,结果表明,产物是直径为80-100nm,晶粒直径为4-10 nm的纳米线。用产物In2O3纳米线制备气敏元件,气敏测试结果显示,合成的In2O3纳米线对NO2具有很高的灵敏度,器件的最佳工作温度为360 ℃。     

溶胶浸渗处理对EB-PVD 制备的YSZ电解质涂层的影响

为探索溶胶浸渗处理对电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备8%摩尔比的氧化钇稳定氧化锆(8YSZ)涂层微观结构及性能的影响,采用EB-PVD工艺在沉积速率1μm/min的条件下制备了8YSZ电解质涂层.制备态涂层的断面表现为疏松的柱状晶结构,导致涂层的气密性差,因此对涂层进行了溶胶浸渗处理,即首先在负压下将涂层浸渗在钇锆的溶胶内,再进行550℃保温2 h的热处理.SEM分析表明,溶胶分解产物可以堵塞柱状晶间的孔隙,其渗入涂层的深度可达3μm.浸渗处理后,涂层的气体扩散系数由未处理态的6.78×10-5cm4/(N.s)降低至8次浸渗处理后的6.54×10-6cm4/(N.s).8次溶胶浸渗处理后涂层的电导率相比处理前提高不超过10%.     

Fluorophilic ionophores for potentiometric pH determinations with fluorous membranes of exceptional selectivity

Ionophore-doped sensor membranes exhibit greater selectivities and wider measuring ranges when they are prepared with noncoordinating matrixes. Since fluorous phases are the least polar and least polarizable liquid phases known, a fluorous phase was used for this work as the membrane matrix for a series of ionophore-based sensors to explore the ultimate limit of selectivity. Fluorous pH electrode membranes, each comprised of perfluoroperhydrophenanthrene, sodium tetrakis[3,5-bis(perfluorohexyl)phenyl]borate, and one of four fluorophilic H(+)-selective ionophores were prepared. All the ionophores are highly fluorinated trialkylamines containing three electron withdrawing perfluoroalkyl groups shielded from the central nitrogen by alkyl spacers of varying lengths: [CF(3)(CF(2))(7)(CH(2))(3)](2)[CF(3)(CF(2))(6)CH(2)]N, [CF(3)(CF(2))(7)(CH(2))(3)](2)(CF(3)CH(2))N, [CF(3)(CF(2))(7)(CH(2))(3)](3)N, and [CF(3)(CF(2))(7)(CH(2))(5)](3)N. Their pKa values in the fluorous matrix are as high as 15.4 +/- 0.3, and the corresponding electrodes exhibit logarithmic selectivity coefficients for H(+) over K(+) as low as <-12.8. The pKa and selectivity follow the trends expected from the degree of shielding and the length of the perfluoroalkyl chains of the ionophores. These electrodes are the first fluorous ionophore-based sensors described in the literature. The selectivities of the sensor containing [CF(3)(CF(2))(7)(CH(2))(5)](3)N are not only greater than those of analogous sensors with nonfluorous membranes but were of the same magnitude as the best ionophore-based pH sensors ever reported.     

WC-Co(Ni,Fe)硬质合金比磁饱和的标记、单位和换算

在推证了铁磁材料的饱和磁化强度MS或饱和磁极化强度JS和磁饱和状态下的磁感应强度BS间的定量关系的基础上,得到了WC-Co(Ni,Fe)硬质合金的MS,BS和JS分别与合金密度ρ的比值即标称比磁饱和(通称"磁饱和")间的数值换算关系为:BS/ρ(T.m3.kg-1)=JS/ρ(T.m3.kg-1)=μ0.MS/ρ(A.m2.kg-1)=μ0σ(A.m2.kg-1),JS/ρ(4π×10-7T.m3.kg-1)=σ(4π×10-7T.m3.kg-1)=MS/ρ(A.m2.kg-1)=σ(A.m2.kg-1),BS/ρ(×10-7T.m3.kg-1)=4πσ(×10-7T.m3.kg-1)=4π.MS/ρ(A.m2.kg-1)=4πσ(A.m2.kg-1)。因此,采用σ(A.m2.kg-1,4π×10-7T.m3.kg-1)和4πσ(×10-7T.m3.kg-1,A.m2.kg-1)作为比磁饱和的标记和单位并恪守上述各磁学量的换算关系,能确保其中σ的绝对值与单位质量合金的磁矩值一致,并能对比磁饱和数值进行有效的评估和对比。