用于分离CH4/CO2疏水性SiO2膜的制备

分别采用KH-570,KH-560和A-151代替部分TEOS作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了疏水性SiO2气体分离膜,利用IR,BET,TG,SEM以及接触角测试仪等对其进行了表征,并对(0.8KH-570)SiO2膜进行了CH4/CO2气体渗透性能评价。结果表明,当A-151,KH-570和KH-560与TEOS的摩尔比均为0.8时,膜的接触角分别从28.6°增大到97.8,94.2°和90.7°。膜样品的疏水性增强,修饰后的膜孔径分布更加狭窄,平均孔径减小,抵抗水蒸汽的能力明显增强;膜层无开裂,表面完整。其中,KH-570修饰的膜性能较好,在n(KH-570)/n(TEOS)=0.8时,压力为30kPa的条件下,(0.8KH-570)SiO2膜对CH4/CO2的分离因子为2.13,大于纯SiO2膜的分离因子(1.58)和努森扩散理论的分离因子(1.67),分离效果较好。     

纳米有机杂化材料(NOHMs)用于CO2捕集的研究进展

近年来,纳米有机杂化材料(NOHMs)引起了广泛的研究。不同于捕集CO₂的传统胺基溶剂,NOHMs可以在不含任何溶剂的条件下保持类液性,具有可忽略蒸汽压和高热稳定性的特点,因此可以减少溶剂挥发带来的损失以及环保问题,同时减少了对设备的腐蚀,是一种有潜力的替代传统胺基溶剂的吸收剂。同时NOHMs可直接作为吸附剂吸附CO₂,也可作为添加剂和其他材料产生协同作用,比如作为分离膜中的掺杂剂加入到聚合物基质中制备混合基质膜,可以显著强化CO₂在膜内的传质速率,实现CO₂的高效捕集。本文概括了NOHMs在碳捕集领域的研究进展,分别针对共价键和离子键连接的两类NOHMs阐述其核心、内冠、外冠三部分对CO₂吸附性能的影响,探讨和归纳了核心的尺寸、孔隙率、含量以及冠层的密度、链长和结构等对NOHMs碳捕集能力的影响机制,总结了以上因素与焓效应和熵效应的对应关系,以及对碳捕集性能的作用。本文将为拓宽NOHMs在CO₂捕集领域的应用提供参考与新的研究思路。     

CO2捕集用具有多级孔结构纳米孔炭的制备（英文）

以模板法结合化学活化法制备了具有分级结构的纳米孔炭。分别利用氮气吸附法和热重分析法考查KOH活化程度对模板法制备中孔炭的孔结构的影响和不同孔结构的多孔炭对CO2的吸附性能。结果表明,KOH活化不仅增加了大量的微孔,而且使得模板脱除得到的中孔数量降低。中孔吸附CO2对孔表面的利用率最高,而中孔和微孔的合适配比更有利用综合提高CO2的吸附量。制备的纳米孔炭具有较高的CO2吸附量和较好的循环性能和稳定性。     

KH-570修饰的SiO2膜制备及CH4/CO2的分离

采用KH-570代替部分TEOS为前驱物,共水解缩聚反应制得疏水性SiO2膜,通过IR、DTG、SEM、接触角测试仪等手段对KH-570修饰后的SiO2膜进行表征,并对CH4和CO2渗透和分离进行研究。实验结果表明,修饰后(0.8KH-570)SiO2膜接触角达到94.2°,红外光谱分析表明修饰后SiO2膜疏水性增强;(0.8KH-570)SiO2膜具有完整性及在400℃水热稳定性;压差30kPa,分离因子随涂膜次数增加先增大后减小,涂膜5次达最大值2.13,超越了努森扩散理论分离因子1.66,此时分离效果好;对于涂膜5次的SiO2膜,CH4渗透通量随压差增加呈现非线性微增趋势,CH4/CO2分离因子几乎不变。     

多级孔Ti-MOFs负载超细Pd纳米颗粒实现高效光热CO2还原(英文)

设计钛基金属有机骨架(MOF)实现高效光催化CO₂还原具有重要意义但仍极具挑战.本文发展了一种新的一步原位水蚀刻方法制备超细Pd纳米颗粒/多级孔Ti-MOFs高效光催化剂,其中水刻蚀在形成多级孔结构的同时也为Pd的锚定提供了丰富位点,进而在光还原的作用下一步实现Pd纳米颗粒在MOFs表面和内部的负载.得益于多级孔结构和超细Pd颗粒负载,Pd/hMUV-10在350℃光照下的CO产率高达65.9 mmol g^-1 h^-1,比目前最先进的MOF基催化剂高出约两个数量级,并超过大多数已报道的无机半导体基催化剂.在200℃相对温和的条件下,CO的产率也达到3.36 mmol g^-1 h^-1.在350℃的连续循环测试中,催化剂活性几乎没有衰减.理论计算表明,Pd负载可增强对CO₂的吸附和降低CO₂还原能垒,从而实现高效光热CO₂还原.本文所报道的Pd/hMUV-10催化剂有望在工业CO₂捕获和转化中得...     

聚酰亚胺/离子液体共混膜的制备及其CO2/N2分离性能研究

咪唑类离子液体(IL_s)对CO₂具有良好的亲和性和溶解性。离子液体与聚酰亚胺膜材料相结合，可以解决目前CO₂难以分离和回收的问题。选用3种烷基链长度不同的离子液体与聚酰胺酸进行共混，通过高速搅拌器制备出一系列聚酰亚胺/离子液体共混膜，IL_n含量为5%、10%、15%、20%。采用薄膜拉伸强度测试仪和气体透过仪对膜进行了测试。结果表明：离子液体共混的聚酰亚胺薄膜的力学性能相对于纯膜来说均有所提高。当离子液体为IL₂,共混含量为20%时，膜对CO₂的渗透性能最好，为1.5033Barrer,是纯膜的3倍；当离子液体为IL₂,共混含量为15%时，膜对CO₂/CH₄的分离性能最好，为21.7859,约为纯膜的7倍。     

水热法制备海绵钛负载TiO2膜

以H2O2为氧化剂、KOH为矿化剂,采用一步水热法在多孔海绵钛载体上制备了颗粒大小约为0.5μm的四方状锐钛矿TiO2膜,并研究了产物TiO2膜对目标降解物亚甲基蓝溶液的光催化性能,探讨了矿化剂浓度对产物TiO2膜晶型、形貌及光催化性能的影响.结果表明,KOH矿化剂有利于TiO2膜在海绵钛表面的生成与晶化,当KOH在0.12mol/L时,海绵钛负载TiO2膜有着最佳的光催化性能:光催化反应45min,亚甲基蓝溶液的降解率达95%.采用该法制备的TiO2光催化剂回收简单,反复利用后,其光催化性能无明显下降.     

二维材料构筑的CO2分离膜研究进展

二维材料由于其独特的纳米片结构，已广泛应用于设计高气体渗透通量和选择性的分离膜中.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中构筑的纳米及纳米尺度孔道为分子输运提供了特殊的通道，它们是高渗透性和高选择性分子筛分的根本原因.本文综述了近年来二维材料基CO₂分离膜的研究进展，包括材料种类、分离膜的制备方法、分离性能及分离机制，并对二维材料基CO₂分离膜的应用前景进行了总结与展望.     

三维g-C3N4泡沫负载Cu(OH)2纳米片的制备及其光催化还原CO2性能

为了改善g-C₃N₄光催化还原CO₂过程中的气体传质、吸附和光生电荷分离效率，分别从泡沫孔结构构筑和构建异质结两方面进行光催化材料设计。采用表面活性剂发泡法制备g-C₃N₄泡沫(g-C₃N₄ Foam),以此为基体通过化学镀铜和氢氧化处理制备g-C₃N₄泡沫负载Cu(OH)₂纳米片(Cu(OH)₂/CNF)复合材料，对其结构和光催化性能进行分析。结果表明：g-C₃N₄ Foam和Cu(OH)₂/CNF均展现出发达的三维微米孔网络结构，这种结构可从动力学层面优化CO₂在气-固催化反应中的传质和吸附，使CO₂吸附容量分别达到3.97 cm³/g和3.59 cm³/g,为g-C₃N...     

原位复合法制备TiO2 / ( PEO)8LiClO4 聚合物电解质

以聚氧化乙烯/ 高氯酸锂络合物( ( PEO)₈LiClO₄ ) 为基体, 通过钛酸四丁酯的水解缩合反应在基体中原位生成TiO₂粒子, 制备了TiO₂ / ( PEO)₈LiClO₄复合聚合物电解质膜。采用SEM、DSC 和交流阻抗方法分别研究了电解质膜的表面形貌、热性能和离子导电性能。结果表明, 原位生成的TiO₂ 粒子均匀分散于PEO 基体中。复合TiO₂后电解质膜的玻璃化转变温度和结晶度降低。电解质膜的离子导电行为满足Arrhenius 方程, 并在5 %TiO₂含量时体系的电导率出现最大值5. 5 ×10 -5 S/ cm (20 ℃) 。以此膜为电解质组装的全固态聚合物锂电池放电时电压平稳, 20 次循环后放电容量保持在107 mAh/ g。      

用于电催化CO2还原的新兴双原子位点催化剂(DASCs)(英文)

用于生产高附加值燃料和化学品的电化学CO₂还原反应(CO₂RR)为实现全球碳中和提供了一种有前景的方法.近年来,单原子催化剂(SACs)由于金属的最大原子利用率和独特的催化性能受到越来越多的关注.相比之下,除了具有单原子催化剂的上述优点外,双原子位点催化剂(DASCs)还可以通过调节另一种相邻金属从而实现更复杂、可调的原子结构.作为SAC的更深层次的延伸, DASCs可以为CO₂RR带来新的机遇,最近引起了人们的浓厚兴趣.本文中,我们重点介绍了DASCs在提升CO₂RR性能方面的最新进展.首先,根据双原子活性位点的几何结构和电子配置,对DASCs的分类、合成和证实进行了讨论.之后,根据结合型、异核和同核双原子位点对DASCs在CO₂RR中的催化应用进行了分类.特别是通过系统地分析反应途径和原子结构,详细总结了DASCs在CO₂RR中的构效关系.最后,提出了未来设计DASCs面临的机遇和挑战,以启发设计具有高结构精度和高CO₂RR活性、...     

超临界CO2中两亲共聚物的合成及其对PVDF膜亲水化改性

以超临界CO2流体为反应介质,通过固相接枝反应合成了具有PEG侧链的聚(苯乙烯-马来酸酐)(SMA)功能化梳状两亲共聚物(SMA-g-MPEG),用1 H NMR和FT-IR表征了SMA-g-MPEG的结构和组成。并以SMA-g-MPEG为亲水改性材料通过非溶剂诱导相分离法制备PVDF共混复合膜。表面元素分析结果表明SMA-g-MPEG共聚物中的PEG侧链在膜表面形成富集;纯水接触角测定和BSA吸附试验表明膜的亲水性和抗蛋白质污染性能得到明显的提高。     

用于高效微波吸收的3D多孔异质界面型NiCo2(CO3)3/RGO气凝胶(英文)

创新的微观结构设计和合适的多组分策略对于具有强吸收和宽有效吸收频带(EAB)的先进电磁吸波材料(EAM)仍然具有挑战性。本文采用简单的水热还原法制备了自组装的3D网络结构NiCo₂(CO₃)₃/RGO(NCR)气凝胶。独特的微观结构和多组分不仅解决了NiCo₂(CO₃)₃颗粒的物理团聚，而且可以调整电磁参数以提高阻抗匹配和衰减能力。界面基体和宏观3D互联网格结构的协同效应可以实现高电磁波吸收(EMA)性能，在2.3 mm处最小反射损耗(RLmin)值为-58.5 dB,EAB为6.5 GHz。NiCo₂(CO₃)₃/RGO气凝胶优异的EMA性能可归因于3D多孔结构的多重反射、散射和弛豫过程以及界面基体的强界面极化。     

ZnO@Mo-CNT-MnO2纳米阵列用于构筑超高倍率性能的柔性非对称超级电容器(英文)

MnO₂作为超级电容器电极材料具有理论比电容高、成本低、环境友好等优点,但其低导电性和低利用率阻碍了其潜在应用.本研究首先在柔性碳布上电化学生长ZnO纳米棒阵列作为电极衬底,然后通过阳极电沉积法在ZnO纳米棒阵列表面外延生长了Mo和碳纳米管(CNTs)共掺杂的MnO₂薄膜,可控构筑了有效、高导电性的MnO₂纳米阵列电极(定义为ZnO@Mo-CNT-MnO₂ NA).柔性ZnO@Mo-CNTMnO₂ NA电极在100 A g^-1的大电流充放电密度下比电容可达237.5 F g^-1,10,000次循环后电容保留率高达86%.采用ZnO@Mo-CNTMnO₂ NA电极组装成水系非对称超级电容器,弯曲状态下在132.35 mW cm^-3(5mA cm^-2)高功率密度下获得了1.13 mW h cm^-3的高能量密度,5mA cm^-2充放...     

地热能储存与CO2封存和利用的一体化框架(英文)

Subsurface geothermal energy storage has greater potential than other energy storage strategies in terms of capacity scale and time duration. Carbon dioxide(CO₂) is regarded as a potential medium for energy storage due to its superior thermal properties. Moreover, the use of CO₂ plumes for geothermal energy storage mitigates the greenhouse effect by storing CO₂ in geological bodies. In this work, an integrated framework is proposed for synergistic geothermal ener...     

一步法制备重费米子 YbAl3热电材料及其性能提升(英文)

材料的微观结构对其物理性能调控起着至关重要的作用。本研究以Yb和Al单质为原料,采用放电等离子烧结工艺通过一步法快速合成YbAl₃材料。显微结构表明,快速制备的YbAl₃材料内部含有大量微米尺度晶粒、纳米晶粒、纳米非晶带和多种原子尺度位错等丰富的多尺度微结构,这些多尺度微结构可以同时增强YbAl₃材料的电子和声子散射,进而同时降低其晶格热导率(47%)和电子热导率(27%),使得总热导率降低至13.4 W·K^–1·m^–1, YbAl₃材料的最大ZT可达0.35。该研究表明,通过一步法放电等离子烧结工艺可以快速合成具有多尺度微结构的高热电性能YbAl₃块体材料。     

Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的制备及其在CH4/N2分离中的应用

以聚醚嵌段聚酰胺(Pebax)为聚合物基体，以铬基金属有机框架MIL-100(Cr)为填充粒子，采用溶剂挥发法制备了系列Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜，并用于CH₄/N₂分离研究。结果表明，固相法合成的MIL-100(Cr)的BET为1808m²/g,在0.1MPa下对CH₄的吸附量为0.5mmol/g,对N₂的吸附量为0.28mmol/g,说明MIL-100(Cr)对CH₄具有高亲和力。随着MIL-100(Cr)纳米粒子的加入，Pebax/MIL-100(Cr)混合基质膜的CH₄/N₂渗透选择性呈现先增大后减小的趋势，CH₄渗透率基本保持不变；当MIL-100(Cr)添加量为15%(wt,质量分数)时，混合基质膜的CH₄渗透性能保持在20Barrer, CH₄/N₂选择性能达到3.71。     

基于RBF神经网络的生物质电站高温气体CO2浓度测量方法

电站气体浓度测量对实现燃烧优化、提高燃烧效率和火焰品质、减少污染物排放具有重要意义。以CO₂气体为例进行研究,基于近红外波段可调谐激光吸收层析成像技术,提出了基于径向基(radial basis function, RBF)神经网络的高温气体CO₂浓度测量方法。通过实验获取不同浓度下的CO₂吸收可调谐激光光谱信号,计算CO₂吸收谱线和原始信号的差值,提取出描述该差异性的统计特征参数作为RBF神经网络的输入,CO₂浓度作为RBF神经网络的输出,建立了基于RBF神经网络的高温气体CO₂浓度测量仿真模型,通过仿真实例验证了该方法的有效性和正确性。与GRNN神经网络对比分析表明:RBF神经网络法可以有效提高CO₂浓度测量精度,为生物质发电高温气体计量提供理论依据。     

C/La-TiO2纤维膜的制备及可见光降解甲苯气体

采用溶胶-凝胶法制备了碳(C)、镧(La)掺杂改性的TiO₂催化剂,并使用同轴静电纺丝法以聚乙烯醇(PVA)为模板剂制备成壳-核纤维膜。探究可见光下其对甲苯气体的光催化降解效果,考察了催化剂负载量、甲苯初始含量及C/La掺杂量对甲苯降解的影响。通过XRD、SEM、XPS、DRS及TGA证明C、La和TiO₂成功掺杂,改性后的催化剂光学吸收带边发生红移,可见光区域光吸收强度得到增强。可见光下降解甲苯气体的光催化降解实验结果表明,当纺丝液推进速度为2mL/h、甲苯初始含量为3mL/L及C/La掺杂量分别为0.9g/0.6g时,可见光下反应2h后,甲苯降解率最高可达92.9%。5次循环使用后,降解率没有明显下降,表明纤维膜具有良好的稳定性。