溶胶-凝胶法制备PES-SiO_2气体分离杂化膜及其表征

采用溶胶-凝胶法,利用干/湿相转换法制备PES-SiO_2气体分离杂化膜,探讨了不同二氧化硅的添加量、是否预留空气段以及不同酸作为催化剂对气体分离性能的影响。采用SEM等对膜的结构性能、力学性能进行表征。通过实验发现,用醋酸作为脱水缩合催化剂,不预留空气段,当SiO_2的添加量为2v%时,O_2、N_2、CO_2、CH_4和H_2的通量分别增加471%、596%、181%、181%和232%,O_2/N_2、CO_2/CH_4和H_2/N_2的选择性分别降低到79%、73%和39%,杨氏模量提高为原来的2倍,PES-SiO_2气体分离杂化膜放置16 d后,分离性能趋于稳定。     

高通量T型分子筛膜的制备及其乙醇脱水性能

引入具有可调孔道结构的大分子物质—1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE),对晶化5 h合成的T型分子筛膜进行修饰,制备高性能、大通量T型分子筛膜。采用X射线衍射、扫描电子显微镜和渗透汽化分析表征,研究了BTESE改性T型分子筛膜的相关性能,同时,就BTESE改性T型分子筛膜的的渗透汽化性能与增加晶化次数法合成的T型分子筛膜性能进行对比。结果表明:BTESE改性膜厚度仅为二次晶化合成膜厚的1/2,BTESE改性膜通量高达4.358 kg·m~(-2)·h~(-1),约为二次晶化膜通量的2倍。耐酸性测试表明:BTESE改性膜在pH4的弱酸性条件下,孔道结构稳定,分离性能良好。     

硼掺杂二氧化硅杂化膜的制备及渗透汽化脱盐性能

以1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和硼酸为前体,通过溶胶-凝胶法制备了硼掺杂的二氧化硅（B-BTESE-SiO₂）杂化膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM、SEM等系列表征手段对合成溶胶及膜的结构和形貌进行了分析,结果表明：硼元素成功掺杂进入SiO₂骨架中,形成了水热稳定的B—O—Si键,能明显影响膜表面的微观结构、亲疏水性、膜孔径大小从而提高膜的脱盐性能和稳定性。当溶胶中的H₃BO₃/BTESE比为0.25时所优化制备SiO₂膜的亲水性最强,脱盐过程中活化能最低,传质阻力最小,膜孔径约为0.61 nm,故表现出最佳的脱盐性能。在60℃以3.5%（质量） NaCl溶液为进料液时,该膜的水通量高达16.5 kg·m^-2·h^-1,盐截留率近乎100%,并且表现出优异的长时间稳定性（>168 h）和高浓度盐水溶液[4.2%~15.0%（质量） NaCl]脱盐性能,在海水淡化和高盐废水处理等领域具有潜在的应用前景。     

添加磁性纳米粒子制备气体分离功能炭膜

以聚酰胺酸为炭膜前驱体,分别以Fe_3O_4、γ-Fe_2O_3、Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4以及二茂铁为掺杂物,经高温热解制备了4种Fe系物质掺杂的气体分离功能炭膜,对所制备的功能炭膜微结构及磁性能进行了表征.结果表明,各掺杂物在热解炭化过程中发生了物相结构的变化,其中Fe_3O_4和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4纳米粒子对前驱体起到了催化石墨化的作用.气体渗透测试结果表明,各掺杂物所制备的功能炭膜以分子筛分机理为主导进行气体分离,且气体渗透性能都有了显著的提高,特别是小分子气体H2渗透性最大提高了近48倍,Fe3O4掺杂所制备的功能炭膜,其H_2、CO_2、O_2、N_2和CH_4等单组分气体的渗透系数分别达到了12 194、3 433、1 175、136和74 Barters[1Barter=1×10~(-10)cm~3(STP)·cm/cm~2·s·cmHg].经FeO_4、γ-Fe_2O_3和Zn_(0.5)Ni_(0.5)Fe_2O_4掺杂制备的功能炭膜更是提高了H_2/CO_2的分离选择性.     

硅杂化丙烯酸酯的制备及粘接性能研究

以正硅酸乙酯为无机前驱体,以甲基丙烯酸β羟乙酯为有机前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了硅杂化丙烯酸酯。研究了不同硅含量硅杂化丙烯酸酯的储存稳定性、粘接性能和耐热性能,并利用IR光谱和SEM对硅杂化丙烯酸酯及其固化物的结构进行了表征。结果表明:该硅杂化丙烯酸酯树脂组分相容性良好,固化过程中形成了有机-无机交联网络。当硅含量为0.67~2.01份时,树脂具有较好的粘接性和耐热性能。     

氨铜比对蒸氨法Cu/SiO_2催化剂活性组分演变及二氧化碳加氢性能的影响

铜催化剂表面铜活性物种的性质与分散度是影响CO_2加氢性能的关键因素。以硅溶胶为载体、铜氨络合物为铜源采用蒸氨法制备了Cu/SiO_2催化剂考察了氨铜比对Cu/SiO_2催化剂表面铜活性物种的形成和CO_2加氢制甲醇反应性能的影响。通过N_2-physisorption、TEM、XRD、IR和BET等技术对催化剂的结构和性质进行了表征。结果显示,铜氨溶液中适当的氨浓度,有利于铜氨配体的形成和蒸氨过程中铜活性组分的均匀分布,有利于层状硅酸铜和氧化铜双活性组分的形成。在反应温度523 K,反应压力2.5 MPa,进气比V(CO_2):V(H_2):V(N_2)=10:30:4,反应空速1800 mL_(STP)/(g·h)的条件下,氨铜比为4的Cu/SiO_2-N4催化剂获得较优CO_2加氢催化性能,CO_2的转化率31%,CH_3OH的选择性54.8%,CH_3OH的收率17%。     

氨铜比对蒸氨法Cu/SiO_2催化剂活性组分演变及二氧化碳加氢性能的影响

铜催化剂表面铜活性物种的性质与分散度是影响CO_2加氢性能的关键因素。以硅溶胶为载体、铜氨络合物为铜源采用蒸氨法制备了Cu/SiO_2催化剂考察了氨铜比对Cu/SiO_2催化剂表面铜活性物种的形成和CO_2加氢制甲醇反应性能的影响。通过N_2-physisorption、TEM、XRD、IR和BET等技术对催化剂的结构和性质进行了表征。结果显示,铜氨溶液中适当的氨浓度,有利于铜氨配体的形成和蒸氨过程中铜活性组分的均匀分布,有利于层状硅酸铜和氧化铜双活性组分的形成。在反应温度523 K,反应压力2.5 MPa,进气比V(CO_2):V(H_2):V(N_2)=10:30:4,反应空速1800 mL_(STP)/(g·h)的条件下,氨铜比为4的Cu/SiO_2-N4催化剂获得较优CO_2加氢催化性能,CO_2的转化率31%,CH_3OH的选择性54.8%,CH_3OH的收率17%。     

二茂铁桥联聚倍半硅氧烷/聚乙烯醇玻碳修饰电极的制备及表征

以1,1′-双[2-(三乙氧基硅基)乙基]二茂铁(BTEF)和聚乙烯醇(PVA)为前驱物,采用溶胶-凝胶法制备了BTEF/PVA/玻碳修饰电极,优化了修饰电极的制备参数。结果表明,该修饰电极在0.1mol·L-1NaClO4磷酸盐缓冲溶液(pH=8.0)中呈现扩散和电子转移同时控制的可逆氧化还原过程,具有良好的稳定性。     

Tuning sol size to optimize organosilica membranes for gas separation

A series of organosilica sols are prepared by the polymeric sol–gel method using 1,2-bis(triethoxysilyl)ethane(BTESE)as the precursor.Particle size distributions of the BTESE-derived sols are systematically investigated by carefully adjusting the synthesis parameters(i.e.,water ratios,acid ratios and solvent ratios)in the sol process.In certain conditions,increasing the water ratio or the acid ratio tends to cause larger sol sizes and bimodal particle size distributions.However,higher solvent ratios lead to smaller sol sizes and unimodal particle size distributions.The organosilica membranes prepared from the optimized sols show excellent H_2 permeances(up to 4.2×10~(-7)mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1))and gas permselectitivies(H_2/CO_2 is 9.5,H_2/N_2 is 50 and H_2/CH_4 is 68).This study offers significant insights into the relationship between the sol synthesis parameters,sol sizes and membrane performance.     

High-performance SSZ-13 membranes prepared using ball-milled nanosized seeds for carbon dioxide and nitrogen separations from methane

SSZ-13 membranes with high separation performances were prepared using ball-milled nanosized seeds by once hydrothermal synthesis. Separation performances of SSZ-13 membranes in CO_2/CH_4 and N_2/CH_4 mixtures were enhanced after synthesis modification. Single-gas permeances of CO_2, N_2 and CH_4 and ideal selectivities were recorded through SSZ-13 membranes. The effects of temperature, pressure, feed flow rate and humidity on separation performance of the membranes were discussed. Three membranes prepared after synthesis modifications had an average CO_2 permeance of 1.16 × 10~(-6) mol·(m~2· s·Pa)~(-1)(equal to 3554 GPU) with an average CO_2/CH_4 selectivity of 213 in a 50 vol%/50 vol% CO_2/CH_4 mixture. It suggests that membrane synthesis has a good reproducible. The membrane also displayed a N_2 permeance of 1.07 × 10~(-7) mol·(m~2·s·Pa)~(-1)(equal to 320 GPU) with a N_2/CH_4 selectivity of 13 for a 50 vol%/50 vol% N_2/CH_4 mixture. SSZ-13 membrane displayed stable and good separation performance in the wet CO_2/CH_4 mixture for a long test period over 100 h at 348 K. The current SSZ-13 membranes show great potentials for the simultaneous removals of CO_2 and N_2 in natural gas purification as a facile process suitable for industrial application.     

镁橄榄石前驱体溶胶结合电熔镁砂基耐火材料基质的烧结性能

为提高电熔镁砂基耐火材料的烧结性能,以Na_2SiO_3·9H_2O和MgCl_2·6H_2O制备的镁橄榄石前驱体溶胶作为结合剂,以粒度≤0. 074 mm的电熔镁砂细粉为主原料,研究镁橄榄石前驱体溶胶加入量(质量分数分别为0、1%、2%和3%)对电熔镁砂基耐火材料基质试样性能、显微结构及物相组成的影响。结果表明:随着镁橄榄石前驱体溶胶加入量的增加,1 450和1 550℃保温2 h烧后试样的体积密度、烧后线收缩率、常温耐压强度呈先增大后减小趋势,加入2%(w)的镁橄榄石前驱体溶胶时,1 550℃烧后试样的体积密度和耐压强度最大,镁橄榄石颗粒均匀分布在镁砂颗粒表面及颗粒间隙处,两相晶粒边界完整清晰,填充颗粒边界气孔,形成致密的显微结构。可见,加入镁橄榄石前驱体溶胶对电熔镁砂基耐火材料基质起到促烧结作用。     

Ni/SiO2溶胶稳定性及凝胶材料的物相化学结构

以甲基三乙氧基硅烷为疏水性前驱物,Ni(NO_3)_2·6H_2O为镍源,采用溶胶-凝胶法制备镍掺杂型SiO_2杂化(Ni/SiO_2)溶胶,研究镍掺杂对SiO_2溶胶黏度、密度、反应速率常数、黏滞性活化吉布斯自由能、稳定性、粒径分布和化学结构的影响以及350℃焙烧前后材料物相、化学结构的变化。结果表明:随着镍摩尔分数的增加,Ni/SiO_2溶胶的黏度、密度、平均粒径、反应速率常数和黏滞性活化吉布斯自由能逐渐增大,溶胶的Zeta电位则逐渐减小。黏滞性活化吉布斯自由能的增加使分子间的分散性降低,溶胶的稳定性减弱。Ni/SiO_2溶胶及凝胶材料中镍元素主要以Ni(NO_3)_2·6H_2O的形式存在,其化学结构主要以Si—O—Si,Si—CH_3和Si—OH键为主,在空气气氛中经350℃焙烧后,材料的物相、化学结构发生了变化, Ni~(2+)转变成了NiO和Ni—O—Si形式。     

尿素对MCC-纳米SiO_2杂化材料形态、结构及应用的影响

利用微晶纤维素(MCC)易吸水溶胀的特点,将MCC在尿素水溶液中溶胀,控制吸附在MCC表面和内部尿素水膜的厚度。以此水膜为"微反应器",采用溶胶-凝胶工艺,以正硅酸乙酯为前驱体,在MCC表面和内部生成无机纳米SiO_2颗粒。红外光谱(IR)、热失重(TG)和扫描电镜分析(SEM)表明,纳米级别的SiO_2成功负载在微晶纤维素上。将MCC-纳米SiO_2杂化材料应用于胎面胶中,结果发现,MCC杂化改性后补强性能提高,硫化胶的压缩疲劳温升降低。     

溶胶-凝胶法制备SiO_2/水性聚氨酯杂化材料研究进展

主要介绍了有机-无机杂化材料的特点、溶胶-凝胶法的原理,并对溶胶-凝胶法制备二氧化硅(SiO_2)/水性聚氨酯(WPU)杂化材料的不同作用类型进行了综述。最后对SiO_2/WPU杂化材料存在的问题提出了解决措施及相关的建议,并对该杂化材料的发展方向进行了展望。     

纳米材料用于改性水处理中的有机-无机杂化膜的研究进展

通过将亲水性的纳米粒子加入有机高分子膜的制备中得到的有机-无机杂化膜结合了无机膜和有机膜的优点,成为膜技术领域的研究热点之一。在制膜过程中引入的纳米粒子主要包括ZrO_2、TiO_2、Al2O3、SiO_2、石墨烯等,主要通过3种不同方法:无机纳米颗粒可直接加入铸膜液、复合纳米粒子改性、纳米粒子前驱体改性制备有机-无机杂化膜。从理论与应用两个角度对有机-无机杂化膜在提高物理和化学稳定性、分离性能,膜亲水性以及抗污染性能等方面进行了阐述,归纳了有机-无机杂化膜在水处理领域的应用效果以及最新研究进展,并针对杂化膜研究提出了一些建议。     

纳米材料用于改性水处理中的有机-无机杂化膜的研究进展

通过将亲水性的纳米粒子加入有机高分子膜的制备中得到的有机-无机杂化膜结合了无机膜和有机膜的优点,成为膜技术领域的研究热点之一。在制膜过程中引入的纳米粒子主要包括ZrO_2、TiO_2、Al2O3、SiO_2、石墨烯等,主要通过3种不同方法:无机纳米颗粒可直接加入铸膜液、复合纳米粒子改性、纳米粒子前驱体改性制备有机-无机杂化膜。从理论与应用两个角度对有机-无机杂化膜在提高物理和化学稳定性、分离性能,膜亲水性以及抗污染性能等方面进行了阐述,归纳了有机-无机杂化膜在水处理领域的应用效果以及最新研究进展,并针对杂化膜研究提出了一些建议。     

PI/ZIF-8杂化膜的制备及渗透汽化分离性能研究

针对渗透汽化分离非质子溶剂/水体系过程中渗透性和选择性之间此升彼降的矛盾关系(trade-off效应),提出制备有机/无机杂化膜的方法。以均苯四甲酸酐(PMDA)和2,2'-双[4-4(氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)为聚酰亚胺(PI)单体,2-甲基咪唑锌(ZIF-8)为无机杂化粒子,采用两步法制备PI/ZIF-8杂化膜,并对杂化膜进行表征和渗透汽化分离性能测试。研究结果表明:ZIF-8可以为水分子提供额外的运输通道,并且引入ZIF-8增强了PI膜的耐溶剂性。当ZIF-8质量分数w(ZF-8)为2%时,杂化膜对于DMF质量分数w(DMF)为90%的体系,通量为242.2 g·m~(-2)·h~(-1),分离因子为17.8;对于DMAC质量分数w(DMAC)为90%的体系,通量为126.2 g·m~(-2)·h~(-1),分离因子为55.2。相比于未改性PI膜,分离DMF/H_2O和DMAc/H_2O体系中,PI/ZIF-8杂化膜的渗透通量分别提高了60%和40%。     

Fabrication of Pd-Nb bimetallic doped organosilica membranes by different metal doping routes for H_/CO_2 separation

Monometallic doping has proved its superiority in improving either permselectivity or H_2 permeability of organosilica membranes for H_2/CO_2 separation, but it is still challenging to break the trade-off effect. Herein,we report a series of Pd-Nb bimetallic doped 1,2-bis(triethoxysilyl)ethane(Pd-Nb-BTESE, PNB) membranes with different metal doping routes for simultaneously improving H_2 permeance and H_2/CO_2 permselectivity by the synergetic effects of Pd and Nb. The doped Pd can exist in the BTESE network as nanoparticles while the doped Nb is incorporated into BTESE network forming Nb-O-Si covalent bonds. The metal doping routes significantly influence the microstructure of PNB networks and gas separation performance of the PNB membranes.We found that the PNB membrane with Pd doping priority(PNB-Pd) exhibited the highest surface area and pore volume, comparing with Nb doping priority(PNB-Nb) or Pd-Nb simultaneous doping(PNB-PdNb). The PNB-Pd membrane could not only exhibit an excellent H_2 permeance of ～10~(-6) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1) but also a high H_2/CO_2 permselectivity of 17.2. Our findings may provide novel insights into preparation of bimetallic doped organosilica membranes with excellent H_2/CO_2 separation performance.     

铁基微胶囊催化剂制备及在CO_2甲烷化反应中的性能研究

以Fe_2O_3、CTAB、TEOS、氨水和氯钯酸铵为原料,采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了Fe_2O_3@SiO_2、Fe_2O_3@SiO_2-PdO、PdO-Fe_2O_3@SiO_2-1和PdO-Fe_2O_3@SiO_2-2微胶囊催化剂,在高压固定床反应装置上评价了催化活性。通过XRD、H_2-TPR、TEM和N_2物理吸附等方法对催化剂进行了表征。结果表明,无定型SiO_2均匀包覆在α-Fe_2O_3粒子上,制得了微米级胶囊催化剂,且具有介孔结构,比表面积较大,对CO_2甲烷化反应的催化性能明显改善,CH_4选择性大幅提高。与Fe@SiO_2-Pd相比,在Pd-Fe@SiO_2-1和Pd-Fe@SiO_2-2催化剂上,CH_4选择性大幅提高,充分体现了催化剂核内Pd与Fe间的协同催化作用。SiO_2膜太厚,不利于CO_2甲烷化反应,在膜厚度适中的Pd-Fe@SiO_2-1催化剂上,进行CO_2甲烷化反应,综合效果最好,CH_4选择性达76.2%。     

铁基微胶囊催化剂制备及在CO_2甲烷化反应中的性能研究

以Fe_2O_3、CTAB、TEOS、氨水和氯钯酸铵为原料,采用浸渍法和溶胶-凝胶法制备了Fe_2O_3@SiO_2、Fe_2O_3@SiO_2-PdO、PdO-Fe_2O_3@SiO_2-1和PdO-Fe_2O_3@SiO_2-2微胶囊催化剂,在高压固定床反应装置上评价了催化活性。通过XRD、H_2-TPR、TEM和N_2物理吸附等方法对催化剂进行了表征。结果表明,无定型SiO_2均匀包覆在α-Fe_2O_3粒子上,制得了微米级胶囊催化剂,且具有介孔结构,比表面积较大,对CO_2甲烷化反应的催化性能明显改善,CH_4选择性大幅提高。与Fe@SiO_2-Pd相比,在Pd-Fe@SiO_2-1和Pd-Fe@SiO_2-2催化剂上,CH_4选择性大幅提高,充分体现了催化剂核内Pd与Fe间的协同催化作用。SiO_2膜太厚,不利于CO_2甲烷化反应,在膜厚度适中的Pd-Fe@SiO_2-1催化剂上,进行CO_2甲烷化反应,综合效果最好,CH_4选择性达76.2%。