炭膜的功能化及其在气体分离上的应用

炭分子筛膜是一种新型无机分离膜,具有耐高温、耐酸碱、高气体选择性的特点,但其通量较低,如何进一步提高炭膜的气体通量,实现炭膜对气体的针对性分离已经成为当前研究的热点.综述了近年来功能炭分子筛膜的研究进展,提出了炭分子筛膜功能化主要存在的问题,着重讨论了采用化学功能化和物理填充无机粒子等方法对炭分子筛膜进行功能化的研究状况.展望了今后炭分子筛膜功能化技术的发展方向.     

炭分子筛膜的制备及应用研究进展

炭分子筛膜(CMSM)是用于气体分离的一种高效节能新型材料,在气体分离中具有极大的工业化应用潜力.综述了炭分子筛膜的前躯体选择、制备工艺及气体分离应用方面的研究进展,并对炭分子筛膜的发展方向进行了展望.     

炭膜制备及其孔结构调控

炭膜作为近年发展起来的一种新型无机分离膜,有着广阔的应用前景.炭膜的孔结构是影响炭膜性能的根本性因素.评述了炭膜的分类和制备,着重阐述了原料性质、添加剂、炭化条件等主要因素对炭膜支撑体孔结构的影响以及预氧化条件对沥青基非支撑体炭膜孔结构的影响.并详细介绍了炭膜分离层孔结构的调控方法.     

炭分离膜

炭分离膜作为一种特殊的炭分子筛,是一种新型的由炭素材料构成的具有分离功能的无机膜。最初的炭膜是ＡｓｈＲ等人于1973年以石墨化炭黑为原料经压制而成的平板膜。与传统的有机膜相比较,炭膜具有耐高温,高稳定性,高选择性,高渗透性,高分离能力,机械强度好以及清洁状态好等     

不对称炭膜的制备及结构性能研究

以Kapton型聚酰胺酸(PAA)为前体,以N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂和凝胶浴添加剂,分别以水、乙醇、正丙醇、正丁醇为凝胶介质,采用干湿相转化法制备不对称聚酰亚胺膜,经高温炭化制备不对称炭膜.探讨了相转化制膜工艺如铸膜液浓度、蒸发时间、凝胶介质及炭化温度等因素对不对称炭膜微结构和气体分离性能的影响,并采用SEM、XRD等手段对不对称炭膜的表面形态及微结构进行表征.研究表明,采用相转化的方法成功地制备了具有不对称结构的炭膜,相转化制膜工艺、炭化工艺对所制备不对称炭膜的结构及气体分离性能有较大的影响;控制适宜的铸膜液浓度、预蒸发时间有利于制备具有高通量、高分离选择性的不对称炭膜;提高炭化温度可以改变其微观结构,使炭膜的有序度和致密度增加,进而对膜的气体分离性能产生影响。SEM分析表明,所制备的不对称炭膜表面致密无缺陷,且具有明显的致密皮层和多孔支撑层结构;XRD显示,制备的不对称炭膜的微结构为乱层炭结构.     

Janus膜的制备及其应用研究进展

膜材料是现代分离技术和能源开发及利用的基础材料。其中,Janus(罗马双面神)膜由于其两侧的形貌结构或化学组成具有不对称性,因此赋予Janus膜材料某些优于均相膜材料的独特性能。近年来,随着人们对Janus膜认识、研究的深入以及应用领域的拓展和需求的提升,Janus膜的设计、构筑及其在多领域中的应用研究受到材料科学家的广泛关注。基于此,本文对Janus膜的常见类型及制备方法进行综述,归纳并总结其在液体单向透过、油水分离及海水淡化等领域中的应用研究进展,最后,指出Janus膜在制备方法方面所面临的挑战,如不同应用领域所需要的膜厚不同,如何实现膜厚度的精确控制等,并对Janus膜在油水分离、空气中雾水手机等应用中的发展趋势进行展望。     

炭膜制备及其高效氧氮分离性能

通过论述炭膜的制备方法及其关键影响因素，系统总结了炭膜的氧氮分离性能，并将其与高性能聚吡咙膜和聚苯胺膜进行了比较，提出了今后的发展方向。指出炭膜具有优异的氧氮分离性能，其氧氮分离因子一般为10以上，最高可达36。聚酰亚胺基和聚吡咙基炭膜均表现出较好的综合氧氮分离性，大大突破了富氧膜材料的Robeson上限，位于极具吸引力的商业化区域，在空气分离中显示出了极大的应用潜力和工业化前景。     

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.     

不锈钢无机复合分离膜研究进展

不锈钢无机复合分离膜作为一种新型的分离膜．正以其优异的分离性能、广泛的应用领域和长的使用寿命，吸引看越来越多的工业企业和科研工作者的目光。本文对当前国内外的不锈钢无机复合分离膜的制备工艺进行了详细的介绍．同时对其已在工业生产中成功应用的领域进行了简单的介绍。     

膜色谱技术在生物大分子分离与纯化中的应用

膜色谱是将液相色谱与膜分离融合于一起的新型生化分离技术,具有选择性高、分离速度快、能耗低、易放大等特点,在生物大分子的分离与纯化方面有广阔的应用前景。本文论述了膜色谱的种类、制备方法及作用机理,并介绍了亲和、疏水、离子交换、多级等四种膜色谱在近五年来的应用进展。     

新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究进展

气体膜分离技术是过滤与分离工业的重要技术之一,相比于传统分离技术更加高效、节能、环保。新型无机二维材料在分离膜领域的应用,有望同时实现高选择性和高渗透率,突破商业聚合物膜渗透率和选择性相互制约的瓶颈,极大地促进高性能分离膜的发展。本文简述了膜的气体分离机制,综述了石墨烯基、过渡金属硫族化物(TMDs)和二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene)等新型无机二维材料近年来在气体分离膜领域的研究进展,包括其设计、制造和应用,探讨了不同材料分离膜的特点、面临的挑战和发展前景。此外,本文对其他新兴二维材料——层状双氢氧化物(LDHs)、六方氮化硼(h-BN)、云母纳米片等的分离膜研究也进行了概述。最后,对新型无机二维材料在气体分离膜领域的研究方向及面临的挑战作出了评价。     

通过高温裂解酚醛树脂制备气体分离用炭膜——裂解温度及臭氧后处理的作用分析(英文)

炭膜可以通过各种前驱体,如酚醛树脂的高温裂解方法制备。该过程中,裂解条件对炭膜的性质有较大影响。研究不同裂解温度及臭氧后处理对炭膜的孔隙率及气体吸附行为的影响。结果表明,当裂解温度升高(由500℃提高到800℃),炭膜的平均孔径减小,孔体积与气体吸附能力先增大后减小。在800℃下,炭膜表现出分子筛的分离性能。臭氧后处理过程使炭膜孔径增大,气体吸附效率及动态吸附选择性降低,弱化了炭膜的分离性能。     

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)].     

不同干燥方式对聚醚砜酮基炭膜的影响

以PPESK为前驱体,CHCl3为溶剂,分别采用冷冻干燥法和冷藏干燥法制备气体分离炭膜,借助于红外光谱、热重分析、X射线衍射和气体渗透等测试手段,研究探讨了干燥方式对聚醚砜酮(PPESK)基炭膜的化学结构、炭微结构及气体分离性能的影响.结果表明,干燥方式对炭膜结构性能的影响主要体现在促使前驱体在干燥过程中形成具有不同化学结构的聚合物膜,使它们在以后的预氧化和低温热解炭化过程中表现出不同的演变规律:与冷藏干燥相比,冷冻干燥得到的聚合物膜在预氧化和炭化过程中分解反应程度较弱,但芳香缩合反应却很深刻,使形成的炭膜微结构尺寸较小,气体分离性能较高,并具有良好的表观柔韧性.所以,采用CHCl3为溶剂制备PPESK炭膜,冷冻干燥将是首选干燥方式.     

无机分离膜的研究现状与发展前景——Ⅱ、无机分离膜的应用

本文综述了无机分离膜在应用领域的研究情况,着重介绍了无机分离膜在气体分离、膜反应器、生物反应器和血浆成分分离等方面的应用,讨论了无机膜自身的缺陷和今后有待研究解决的课题.     

减压膜蒸馏技术在污水处理中的研究应用进展

减压膜蒸馏（VMD）技术是在污水处理中发挥重要作用的一项新型膜分离过程,该技术是将膜技术与传统蒸馏技术结合的绿色水处理技术,VMD具有膜通量大,成本低,分离效果好等优点。本文综述了减压膜蒸馏技术的工作原理、特点及其与其他相似膜分离过程的区别,介绍了减压膜蒸馏在污水处理中的研究应用进展,展望了这种新型水处理技术的应用前景。     

气体分离炭膜的结构设计、制备及功能化

气体渗透性低、机械强度差是炭膜产业化道路上的两大难题.研究发现,根源在于炭膜的蠕虫状孔道结构与均质炭膜的特有性质.为了解决炭膜渗透性低的问题,通过选择适宜的聚合物前驱体的分子结构与空间构型结合填充纳米粒子为功能基团等手段,实现对炭膜蠕虫状孔结构有效地调控与重新构建.在保证高选择性的条件下,不仅使炭膜的气体渗透性能提高了2个数量级以上,而且还使炭膜对某些气体具有较高分离选择性的功能化效果.为了改善炭膜的机械强度,将自主研发的廉价煤基炭膜支撑体与前驱体相复合,采用简单的制膜工艺,制备得到复合性能好、气体分离性能高的复合炭膜.     

炭膜

炭膜是由炭构成的膜状物质,也可以说,具有不同杂化轨道形成的碳所组成的膜体.按其制法、结构、性能和用途分类,它又可细分为热解炭膜、四配位非晶炭膜、纳米管炭膜、玻璃状炭膜、无定形炭膜、高结晶度石墨炭膜;机械用炭膜、分离用炭膜、工具领域用金刚石炭膜、为消除静电堆积用晶须炭膜等.     

醋酸纤维素类渗透功能膜的研究进展

随着膜法水处理技术的迅猛发展,对渗透功能膜制备及应用技术的要求日益提高。与常规渗透膜制备所采用的主流膜材料聚酰胺相比,醋酸纤维素(CA)及其衍生物由于兼具无可比拟的资源优势和独特的耐氧化性等优势而备受关注。围绕醋酸纤维素类渗透膜在纳滤、反渗透和正渗透等领域的应用,简要介绍了该类膜材料的制备方法和改性方法,回顾了其在海水淡化、油水分离、重金属脱除、手性分离等领域的应用进展,并在分析醋酸纤维素类渗透膜产品在应用领域的技术和性能优势的基础上,指出了醋酸纤维素类渗透膜进一步发展需要重点关注的研究方向。     

导电聚合物复合透膜的研究进展

导电聚合物复合透膜具有良好的力学性能和独特的电化学性质,是一类新型的分离膜,已在膜分离技术、分子水平上的识别与控制等领域显示出了广阔的应用前景．本文介绍了导电透膜的合成制备方法、形态结构和分离机理,并对导电聚合物复合透膜的性能与结构研究进展以及在液体分离、气体分离方面的应用研究进行了综述．