担载型中空纤维混合导体氧渗透膜的制备与性能研究

采用干湿法纺丝技术制备Sr_0.7Ba_0.3Fe_0.9Mo_0.1O_3-δ(SBFM)中空纤维支撑体, 以Nb₂O₅掺杂的SrCo_0.8Fe_0.2O_3-δ (SCFNb)为膜材料, 采用旋转喷涂结合共烧结技术制备出担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜。借助于XRD、SEM、热膨胀分析、透氧及膜反应性能测试等手段, 分别对样品的晶相结构、膜微观结构、支撑体与膜层的烧结行为、膜的氧渗透通量及膜反应性能进行了研究。结果表明, 膜层与支撑体的晶相结构仍保持钙钛矿主体相。支撑体具有单一海绵孔/指状孔结构, 膜厚为5 μm且致密无缺陷, 膜层与支撑体结合良好。在900℃时, 氧渗透通量达到0.74 mL/(cm²·min)。850℃下甲烷部分氧化膜反应稳定操作超过200 h, 稳态下氧渗透通量为4.5 mL/(cm²·min)。研究表明, 担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜具有较高的氧渗透通量, 同时具有良好的膜反应稳定性。     

湿延法制备多孔聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维微滤膜及其性能的研究

湿延法不使用任何添加剂,直接对非溶剂致相分离法(NIPS)法制备纤维进行拉伸即获得性能良好的中空纤维滤膜。介绍了以25%PVDF为铸膜液通过湿延法制备聚偏氟乙烯(PVDF)多孔中空纤维微滤膜的方法,通过SEM和XRD对膜的微观结构进行表征,结果表明湿延法制备的中空纤维膜形成指状孔,孔径3~10μm,孔分布可根据拉伸比调控,制备的膜水通量0增加到252L/h·m2·atm,蛋白截留率最高可达97%。拉伸还会改变PVDF中空纤维膜的晶型。     

SiO_2掺杂对四通道氧化铝中空纤维结构与性能的影响

采用相转化和高温烧结相结合的方法制备四通道α-Al_2O_3中空纤维,系统考察了SiO_2掺杂含量对中空纤维结构与性能的影响.结果表明,1 500℃煅烧温度下SiO_2与Al_2O_3发生原位烧结反应生成莫来石相,且莫来石相的含量随SiO_2掺杂含量的增加而增大;SiO_2掺杂含量的增加有利于提高中空纤维的纯水通量和孔隙率,当SiO_2掺杂含量达到20%(摩尔分数)时,中空纤维的纯水通量可达18.11m3/(m2·h),孔隙率为59.9%.选用SiO_2掺杂含量为20%的中空纤维作为载体,合成的中空纤维NaA分子筛膜用于90%(质量分数)乙醇/水渗透汽化分离,75℃下膜的渗透通量高达21.21kg/(m2·h).     

陶瓷中空纤维透氧膜的制备与性能

应用相转化法制备了La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-α(LSCF)氧离子-电子混合传导陶瓷中空纤维膜, 该陶瓷中空纤维膜具有由多孔层和致密层组成的非对称结构. 经 1300℃的4h烧结后, 可得到致密的LSCF陶瓷中空纤维膜. 烧结后, LSCF粒度变大而其钙钛矿型晶相结构没有发生变化. LSCF中空纤维膜的透氧速率大大高于一般管式膜的氧透量.     

双相中空纤维膜的氧渗透模拟计算研究

采用相转化/烧结技术制备了致密的Bi_1.5Y_0.3Sm_0.2O₃-La_0.8Sr_0.2MnO_3–d双相复合陶瓷中空纤维膜. 所得的中空纤维膜具有非对称结构, 靠近膜管内表面部分是指状孔结构, 而靠近膜管外表面则是非常致密的结构. 中空纤维膜的内部尾端的氧气含量与膜管内外的氧分压、纤维膜的长度等有很大的关系. 由于随着氧气的渗透, 膜管内的氧分压沿轴向是增大的, 可以将膜管均分为n段, 采用活塞式流动模型结合Wagner氧渗透理论对双相复合中空纤维膜的氧渗透过程进行了模拟, 模拟结果和实测的相符合, 对于估算膜组件的氧气生产能力具有很好的指导意义.     

CA／PAN中空纤维血浆分离膜的结构与性能

本研究以CA及PAN的共混溶液,通过干-湿法纺丝制取中空纤维,利用共混高聚物各组分在凝固剂中相分离速度的差异,形成具有稳定结构的中空纤维孔膜,该膜用于分离血液中的血浆成分具有良好效果。讨论了成型条件及添加剂等对膜结构、性能的影响,用SEM及图相分析仪、MAP压汞仪及DSC等分析手段,对膜的微孔结构、形态、孔尺寸及中空纤维膜的血浆通量和水通量等进行了系统的考查。     

Cu-Zn/α-Al_2O_3中空纤维抗菌膜的制备与性能研究

本工作将Cu-Zn合金粉末与α-Al_2O_3粉末共混,采用相转化烧结技术制备了Cu-Zn/α-Al_2O_3中空纤维膜其烧结温度为1 300℃。运用电子扫描显微镜(SEM)对中空纤维膜的横截面以及外表面进行了分析,并研究了Cu-Zn合金添加量对膜性能的影响以及膜的抗菌性能。结果表明,制备的Cu-Zn/α-Al_2O_3中空纤维膜的平均孔径范围为0.314～0.438μm,最佳Cu-Zn合金添加量为3%(质量分数,下同),此时纯水通量为2 462.11 L/(m~2·h),抗弯强度为8.11 MPa过滤除菌率为99.99%,抗菌率为73.1%。     

ZIF-8对Ultem~?1000中空纤维气体分离膜性能影响研究

以高比表面积、纳米尺寸ZIF-8作分散相、以Ultem~?1000作连续相,通过干-湿相转化纺丝法分别制备了Ultem~?1000和ZIF-8/Ultem~?1000中空纤维气体分离膜,研究了ZIF-8对膜性能的影响.SEM和机械强度测试结果表明,ZIF-8的引入减小了中空纤维膜支撑层的指状孔结构且使内皮层变疏松多孔;膜抗拉强度几乎不变甚至略有增加.ZIF-8/Ultem~?1000中空纤维膜的气体渗透通量和分离系数较Ultem~?1000中空纤维膜均有明显提升:O_2渗透通量由2.56 GPU增加至3.56 GPU,O_2/N_2分离系数由5.81增至7.74.     

AlF_3包覆改性LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的制备与性能

制备了4.6V高截至电压下具有良好循环表现的AlF_3包覆改性LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料,通过XRD、SEM、交流阻抗(IMP)分析、充放电测试研究了不同用量AlF_3包覆LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2正极材料的结构与电化学性能.结果表明,AlF_3以非晶态形式包覆于LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2材料颗粒的表面.当包覆量<1.0%(摩尔分数,下同)时,AlF_3包覆导致轻微的初始容量损失,但显著抑制了高充电电压下膜阻抗和电荷传递阻抗的增加,较好改善了LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2材料的循环稳定性;当包覆量达到2.0%以上时,因AlF_3无电化学活性,使得初始容量损失过大.综合各方面表现,0.5%AlF_3包覆样品的电化学性能较佳,2.5～4.6V范围0.5C放电容量为182.2mAh·g~(-1),循环30次后容量保持率达88.1%.     

膜蒸馏海水淡化用疏水性钇稳定氧化锆中空纤维膜的制备与表征

采用相转化/高温烧结技术方法制备了多孔钇稳定氧化锆(YSZ)中空纤维膜, 中空纤维膜的外径1.92 mm, 壁厚为0.21 mm。SEM分析表明: 纤维膜为典型的三明治结构, 靠近膜内外表面为指状孔, 中间区域为海绵状层。采用阿基米德法测得其孔隙率为54%。用泡点法测得其平均孔径为0.56 μm。通过表面接枝氟硅烷将其亲水性的表面改变为疏水性。真空式膜蒸馏实验表明YSZ中空纤维膜具有优异的盐水淡化性能。当膜的外侧与温度为80℃、浓度为4wt%的循环盐水接触, 膜的内侧用真空泵抽至4×10³ Pa时, 膜的水渗透通量高达48.3 L/(m²•h), 脱盐率大于99.7%。     

二次生长法在大孔管状载体上制备[Co(Im)_2]_∞膜

以水为溶剂在室温条件下制备出大小为500nm的[Co(Im)2]∞晶体,粒径分布比较均匀,适宜作为成膜的晶种.利用二次生长法在大孔管状α-Al2O3载体上制备致密连续的[Co(Im)2]∞膜,并考察了成膜时间、合成液浓度对成膜的影响.采用SEM,XRD和单组分气体测试对膜的形貌和气体分离性能进行表征.通过SEM显示[Co(Im)2]∞膜无缺陷,膜层厚度约为9μm.由单组分气体渗透测试可知,室温条件下H2的渗透通量达到1.1×10-8 mol/(m2·s·Pa),H2/CO2,H2/N2和H2/CH4的理想分离系数分别7.8,9.1和7.9,超过努森扩散系数.     

煅烧温度对La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3晶体结构及电磁性能的影响

采用传统固相反应法在不同烧结温度下制备了La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3样品,通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜显微镜(SEM)对样品进行了物相结构和微观组织分析,比较了不同烧结温度下样品的烧结性、介电性和铁磁性能。研究结果表明,当烧结温度从1100℃增加到1200℃时,La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3样品的介电损耗呈降低趋势,介电常数数值呈增加趋势,并在测量频率范围内显示负值。随着烧结温度的增加,La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3样品的铁磁性呈现先上升后下降的趋势。当烧结温度为1150℃时,其饱和磁化强度达到最大,为37.80A·m~2·kg~(-1)。说明可以通过改变煅烧温度来有效调节晶粒尺寸,从而改进La_(0.6)Sr_(0.4)MnO_3样品的介电性能和铁磁性能。     

锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co_(0.2)O_2的草酸共沉淀合成

以NiSO_4·6H_2O、MnSO_4·H_2O、Co(NO_3)_3·6H_2O和LiNO_3为原料,通过草酸共沉淀法合成了锂离子电池正极材料LiNi_(0.4)Mn_(0.4) Co_(0.2)O_2。采用SEM、XRD和充放电试验对合成样品进行了表征。研究了合成温度、合成时间以及锂过量对合成产物结构的影响。实验结果表明,采用草酸共沉淀法合成LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2的最佳条件为:将共沉淀合成的掺钴Ni-Mn复合草酸盐与LiNO_3的混合物于850℃煅烧20h,锂过量10%(摩尔分数)。合成的LiNi_(0.4)Mn_(0.4)Co(0.2)O_2具有α-NaFeO_2型层状结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35V的首次放电比容量达到158.7mAh/g,经20次循环后放电比容量稳定在145mAh/g左右。     

Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米晶的尺寸调控与发光性能研究

以尿素为沉淀剂,柠檬酸为表面活性剂,通过水热法得到了非晶态的水合硝酸氧钇前驱体,进一步烧结处理后生成了立方相Y_2O_3纳米晶.利用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FTIR)和荧光光谱(PL)分别对所得样品的相结构、形貌粒度、表面结构以及发光性能进行研究.结果表明:当烧结温度从600℃升高到900℃,Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米颗粒的结晶性增强,并实现了粒径调控,由13.0 nm增加至27.9 nm.随着Y_2O_3∶Eu~(3+)纳米颗粒尺寸的增加,比表面积减小会导致发光离子附近的表面晶格缺陷降低,同时纳米晶表面吸附水、硝酸根以及柠檬酸根等杂质离子逐渐被去除,减少了荧光猝灭中心,从而有利于增强荧光发射强度以及延长荧光寿命.     

氢氧化物共沉淀法合成LiNi_(0.4)Co_(0.2)Mn_(0.4)O_2及其性能研究

以氢氧化物共沉淀法合成了Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2前驱体,然后以Ni0.4Co0.2Mn0.4(OH)2和LiOH为原料,合成出了层状结构的锂离子电池正极材料LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2.通过XRD、SEM和电化学测试对LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2材料的结构、形貌及电化学性能进行了测试和表征.结果表明,800℃烧结12h合成的样品粒度大小分布比较均匀,以0.2C充放电,其首次放电容量为148mAh·g-1,循环30次后容量为136mAh·g-1.     

PTFE/CaCO3杂化中空纤维膜制备及其界面孔研究

以聚乙烯醇(PVA)和硼酸(H3 BO3)的凝胶体为纺丝载体,由聚四氟乙烯(PTFE)分散乳液通过凝胶纺丝法制备PTFE/PVA初生中空纤维,经烧结去除载体,得到聚四氟乙烯中空纤维膜.通过在成膜体系中引入纳米无机粒子碳酸钙(CaCO3),经后拉伸得到具有界面微孔结构的PTFE/CaCO3杂化中空纤维膜.研究了PVA和H3 BO3的络合机理,并讨论了CaCO3对杂化中空纤维膜性能及结构的影响.通过对膜的表面形貌观察表明所得PTFE中空纤维膜是一种均质膜,形成的界面微孔结构不同于PTFE双向拉伸产生的纤维-结点状裂隙孔结构,界面微孔的数量和孔径随着后拉伸倍数的增加呈增大的趋势.     

陶瓷基金属有机框架MOF-801膜的制备及其性能

正渗透膜在分离领域方面展示出独特优势，发展高稳定的新型正渗透膜具有重要意义.提出了纳米晶种原位播种结合二次生长的制膜策略，制备了共生良好、高稳定的陶瓷基金属有机框架MOF-801纳米孔膜，采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和红外光谱对膜的形貌和结构进行分析表征，初步考察了以去离子水为进料液，1 mol/L NaCl溶液为汲取液条件下膜的正渗透性能.结果表明，在正渗透模式下，陶瓷基MOF-801膜不仅表现出高的水通量[13.9 L/(m²·h)],而且具有较低的比盐通量(0.61 g/L);在连续运行过程中，MOF-801膜渗透性能保持稳定.     

Al2O3含量对PVDF/PVC/Al2O3共混中空纤维膜的影响

以聚偏氯乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVC)和纳米氧化铝(Al2O3)三元共混,制备中空纤维膜,探讨Al2O3含量对膜性能的影响。结果表明,由于适量Al2O3的加入,中空纤维膜膜孔结构明显改善,大孔减少,微孔增多;亲水性明显提高。Al2O3为最佳含量3%时,水通量和截留率分别达到了289L/(h·m2)和77.2%。     

Fe3+/TiO2改性PVDF中空纤维催化膜的制备及表征

通过干-湿相转化法制备Fe3+/TiO2改性聚偏氟乙烯中空纤维膜,研究了不同聚合物浓度、改性溶胶量、致孔剂对中空纤维膜性能的影响,并对改性后PVDF中空纤维膜的微观结构、膜成分和催化活性进行了测试.结果表明:随着聚合物浓度的增大,中空纤维膜的水通量减小,截留率增加;改性溶胶的添加,显著提高了膜的亲水性和孔隙率,但机械性能有所降低;添加无水LiCl形成的孔多为网络状孔;高分子致孔剂有助于成指状孔,且水通量、截留率都有很大改善.Fe3+/TiO2/PVDF膜有较强的催化过氧化氢的能力.     

Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜的制备及性能研究

通过室温搅拌法合成了Cu(tpa)纳米晶,并将其作为改性剂制备了Cu(tpa)/PVDF杂化超滤膜.通过XRD、FTIR和SEM等手段表征Cu(tpa)纳米晶,系统研究了Cu(tpa)纳米晶及其含量对PVDF杂化超滤膜的形貌、结构以及性能的影响.采用SEM、XRD、FTIR、静态水接触角等手段对杂化膜进行了表征,结果表明,Cu(tpa)纳米晶可以有效调节PVDF膜的内部结构,当Cu(tpa)添加质量分数为5%时,Cu(tpa)/PVDF膜内部全部为海绵状结构.性能测试结果显示,添加Cu(tpa)材料可以显著提高PVDF膜的纯水通量,同时对BSA截留率保持在96%以上.此外,BSA静态吸附和恢复水通量测试表明,Cu(tpa)/PVDF膜具有良好的抗污染性能.