微波辅助加热法制备NaA沸石膜及其性能研究的综合化学化工实验*

结合自身实验教学和科研实验经验,设计了一个包括NaA晶种管的制备,微波辅助加热法制备NaA沸石膜,膜渗透汽化性能测试及膜材料微结构表征等过程的综合化学化工实验。本实验涵盖绿色合成、性能测试、表征及膜分离单元操作,知识要点多、学科覆盖面广,有助于提高学生的实践操作能力、创新意识和综合运用知识的能力,适合作为学生综合性实验。     

澄清溶液体系二次生长法NaA型沸石膜的生长机制及膜厚的控制合成

用晶种涂层二次生长成膜法研究了在含水量不同的澄清溶液合成体系中NaA型沸石膜的生长及沸石膜厚度的控制合成.用SEM,TEM和XRD表征手段分析了沸石膜的形成过程和微结构.在载体表面不涂晶种而直接合成则不易形成连续沸石膜;用晶种涂层二次法可以很容易形成均匀的连续膜.合成液中水量的高低强烈影响沸石膜的生长速率、形成结构和膜的厚度.在高水量(水硅摩尔比为2000)的合成体系中沸石生长速率慢,膜主要通过晶种层中的晶粒长大,交织成膜,且膜只有一层结构;而在低水量(水硅摩尔比为750)的合成体系中沸石生长速率快,膜则通过晶种层表面晶粒向外生长、交织成膜,而膜具有两层结构.通过调变合成液的水量可有效地控制沸石膜层的厚度,并能制得非常均匀、连续的膜.     

高性能Silicalite-1分子筛膜的合成

 本文首次利用自制的多孔二氧化硅载体, 通过二次原位水热合成出具有较高分离性能的Silicalite-1分子筛膜, 对其进行了SEM表征, 并利用渗透气化装置对乙醇-水的分离能力进行了评价, 同时还研究了乙醇-水原料液温度对Silicalite-1分子筛膜分离性能的影响.     

二次生长法制备高分离性能的PHI分子筛膜

通过二次生长法在α-Al2O3支撑体表面合成了PHI分子筛膜,考察了晶种合成方式、二次生长合成温度及时间对形成PHI分子筛膜的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成膜进行表征.结果表明:载体表面合成出了PHI分子筛;二次生长法合成出的PHI分子筛膜连续、致密,膜厚约为20 μm.利用渗透汽化技术对甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇等不同分子尺寸的醇/水体系进行分离性能的研究,同时考察原料液中水含量对所制备的PHI分子筛膜的分离性能的影响.结果表明:PHI分子筛膜对几种醇水体系都具有良好的分离效果,随着水含量的增加,水的渗透通量呈增大趋势,乙醇和甲醇的理想分离因子有所降低,异丙醇和叔丁醇的理想分离因子增大.     

无模板剂法制备沸石分子筛和分子筛膜的研究进展

随着新无机材料和处理技术的发展,无有机模板剂法制备沸石分子筛和分子筛膜得到了广泛的关注.与有模板剂法相比,无有机模板剂法保持了沸石晶体的结晶度和骨架结构,合成过程更加简单、廉价和绿色.尤其无模板剂二次生长法制备分子筛膜避免了分子筛膜在高温煅烧脱除模板剂过程中缺陷的产生.本文作者综述了国内外制备沸石分子筛和分子筛膜的研究进展,着重介绍了晶种诱导法、自发成核法和晶型转化法制备沸石分子筛,以及无模板剂二次生长法制备分子筛膜,分析了存在的问题和可能的解决措施,并对其发展趋势进行了展望.     

有机功能化α-Al2O3陶瓷中空纤维表面合成高性能分离氢用NaA分子筛膜

通过浸渍3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(ADMS)对α-Al₂O₃中空纤维载体进行有机功能化改性, 使载体表面带正电, 利用NaA分子筛晶种负电性与功能化载体之间的静电吸附机理进行预涂晶种, 采用微波加热-二次生长法于载体表面合成了NaA分子筛膜. 采用X射线衍射(XRD)、zeta 电位、扫描电子显微镜(SEM)等分析手段和气体渗透实验对NaA分子筛膜进行了表征. 考察了未改性NaA分子筛膜与改性NaA分子筛膜的形貌、结构和气体渗透性能差异. XRD结果表明载体表面只有NaA分子筛生成; zeta 电位分析表明NaA分子筛晶种及分子筛前驱体与有机功能化载体电位相反, 存在静电吸附作用; SEM结果显示改性NaA分子筛膜表面颗粒相互联结呈孪生态, 膜厚约5 μm, 膜层致密、均匀、平整; 在不同温度下对H₂、O₂、N₂和C₃H₈进行气体渗透测试,35 °C条件下改性NaA分子筛膜对H₂的渗透率仅为3.6×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, 较未改性NaA分子筛膜的渗透率(4.0×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1)低, 而改性NaA分子筛膜的H₂/C₃H₈理想分离系数则高达11.25, 远大于未改性NaA分子筛膜的H₂/C₃H₈理想分离系数(5.06).     

NaA分子筛膜催化剂上CO和C2H4混合气的选择性氧化反应

采用二次水热法,在Pt/Al2O3球形催化剂颗粒上合成了致密的NaA分子筛膜.分别以X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对制备的分子筛膜催化剂结构及形貌进行表征,结果显示经二次合成的Pt/Al2O3球形催化剂颗粒上均匀地覆盖一层致密、均一的NaA分子筛膜,膜的厚度约为20 μm.将合成的NaA分子筛膜催化剂用于CO和C2H4混合气氧化反应,考察了催化剂表面分子筛膜对反应物分子的选择性,在最优条件下,CO对C2H4的氧化反应选择性始终维持在96%.这种复合膜催化剂可用于选择性除去C2H4,原料气中的CO.     

b轴取向MFI型分子筛膜二次生长合成策略及其应用

b轴取向MFI型分子筛膜因其在膜分离、膜催化反应器研究领域的重要应用引起了广泛关注。本文综述了二次生长法合成b轴MFI型分子筛膜的最新研究进展,从晶种的合成、晶种涂覆方式以及二次生长溶液的组成等方面详细总结了调控b取向MFI型分子筛膜合成的方法;比较了不同分子筛膜合成策略的优缺点,及这些合成策略对不同体系的分离效果（分离因子与通量）和催化性能的影响。本文还介绍了近年来二维（2D）分子筛和分子筛纳米片的监测与生长控制方法,自下而上直接合成纳米片与高通量、高选择性分子筛膜合成方面的最新突破。通过深入探讨各种分子筛膜制备策略,对b轴取向分子筛膜制备的发展趋势进行了展望。     

碱处理载银NaA分子筛的制备及抗菌性能研究

本研究以碱处理NaA分子筛为载体,选取Ag<'+>为抗菌成分,通过液相离子交换法,制备了碱处理载银NaA分子筛抗菌剂.采用XRD、BET和ICP等手段对样品的结构和载银量等性质进行了表征,并考察了样品的缓释性能、抗变色性能及抗菌性能等.结果表明:碱处理NaA分子筛保持了原有的分子筛骨架结构,Si/Al比值下降到1.1,...     

用亚微米级晶种涂层法合成NaA沸石膜及其结构表征

 在大孔α-Al2O3陶瓷管载体上,采用亚微米级晶种涂层法在澄清溶液体系中二次生长成膜,制备了NaA沸石膜. 采用TEM,SEM和XRD等手段对晶种、陶瓷载体及沸石膜的结构、晶体形貌和成膜情况进行了表征. 结果表明,合成晶种的晶粒呈立方体,颗粒小(约150 nm)而均匀,无杂晶,可作为晶种在载体上进行预涂. 载体的孔径大而不均匀,表面粗糙不平整,直接成膜则表面仅有较少的沸石晶粒沉积,不能连续成膜. 经亚微米级晶种涂层后,载体表面形成了一层均匀、光滑的晶种层(厚度为2～3 μm); 水热晶化成膜后,膜表面晶粒相互交织生长完好,无晶间隙,所得膜致密,连续,规整,清晰,无裂缺. 该法是一种制备沸石膜的好方法.     

聚乙烯吡咯烷酮聚合物复合膜的制备及其性能研究——推荐一个研究型综合实验

A research-based comprehensive experiment was introduced: preparation and investigation of polyvinylpyrrolidone (PVP) blend membranes in which PVP was employed as the membrane matrix. Three kinds of engineering thermoplastics were chosen to enhance the dimensional and mechanical stabilities of PVP based membranes. The physicochemical properties were investigated. This experiment relates to physical chemistry, polymer chemistry, organic chemistry, electrochemistry and instrumental analysis. It covers polymer blending, membrane fabrication by solution casting, characterization and performance test. Through this experiment, students can get knowledge of fabrication and characterization methods for polymer electrolyte membrane, which arouses students' interest in scientific research, cultivates students' innovative ability, fosters students' practical skills and promotes their integrative skills of applying knowledge.     

MFI型分子筛膜的两段变温合成及对二甲苯异构体的分离性能

分别采用恒温和变温两种方法在氧化铝支撑体上原位制备了MFI型分子筛膜. 恒温法合成的MFI型分子筛膜晶体颗粒较大, 在高温脱除模板剂时会形成较大的缺陷, 没有对二甲苯/邻二甲苯(PX/OX)分离性能. 变温法合成的MFI型分子筛膜晶体在a, b方向尺寸较小, 在高温脱除模板时不会形成较大缺陷, 对PX/OX有良好的分离性能, 在300 ℃下, PX/OX分离因子高达42, PX的渗透性为9.57×10^-9 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1. 采用低温臭氧脱除模板剂能够有效减小分子筛晶体热收缩产生的应力, 提高MFI型分子筛膜的分离性能. 两种方法合成的分子筛膜在低温臭氧的条件下脱除模板剂后, 都具有PX/OX分离性能, 其中变温法合成的分子筛膜PX/OX分离因子高达76, PX的渗透性为1.02×10^-8 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1.     

BODIPY基荧光探针的合成、表征及对铜离子的检测——推荐一个大学综合化学实验

介绍了一个大学综合化学实验——BODIPY基荧光探针的合成、表征及对铜离子的检测。该实验是一个科研转化的大学生综合化学实验,内容包括3,5-二氯BODIY的合成、BODIPY基荧光探针分子的合成,以及利用紫外-可见分光光度计和荧光光谱仪检测目标分子对金属离子的响应性。通过本实验,使学生了解BODIPY基荧光传感器这一科研前沿领域,激发学生对科学研究的兴趣,培养学生的科研探究能力。本实验综合了有机化学、仪器分析和应用波谱学知识点的学习,培养学生的实验操作技能,提升学生的综合及创新能力,建议纳入高年级综合化学实验课程。     

NaA Zeolite Membrane with High Performance Synthesized by Vapor Phase Transformation Method

IntroductionZeolitemembranes ,asaremarkablebranchofinor ganicmembrane ,havepotentialadvantagesinmanyappli cationssuchascatalysisandseparation ,chemicalsensors ,ascousticwavedevices ,andmicroelectronicdevicesduetotheiruniformporesizeatthemolecularlevelandresis tancetohightemperature .1 5For 10years ,manyre searchershavepaidconsiderableattentiontosynthesisofzeolitemembraneswithhighperformance .Amongthere portedzeolitemembranes ,mostattentionwasfocusedonsynthesisofMFI typezeolitemembranebecausei…     

NaA型分子筛膜的合成及分离性能的研究

在自制的片状多孔陶瓷载体上,通过多次原位水热晶化合成出ＮａＡ型分子筛膜,通过扫描电子显微镜观测,发现在某些区域,小颗粒的ＮａＡ型分子筛以非常紧密的形式畸晶孪生在一起,其致密度远好于由分子筛晶粒松散无规律堆积而形成的膜排列经类膜生长形式可能是获得取致密无缺陷型分子筛膜的一种途径,单组分及双组分气体渗透测试结果表明,在所合成的分子筛膜上,晶粒间隙孔可能是主要的膜扩散通道,可凝聚气体异丁烷因发生毛细管凝     

澄清溶液中NaA型分子筛膜的合成及气体渗透性能

The use of zeolite membranes in separation or combined reaction and separation processes is very attractive. Advantages of using such a type of membranes include their ability to discriminate molecules based on the molecular size and their stability[1]. In the past ten years, most efforts were involved in the synthesis and permeation studies of MFI zeolite membrane[2, 3]. Recently, NaA zeolite membrane has attracted much attention because of its high potential in the dehydration of organic liquids[4]. However, few gas permeation results were reported[5]. Furthermore, most of the NaA zeolite membrane was synthesized from gel[4]. In this letter, the synthesis of NaA zeolite membrane from clear solution and its gas permeation properties are reported.     

高性能AlPO4-14分子筛膜的制备及气体分离性能

制备了高性能的AlPO₄-14分子筛膜. 首先通过控制反应溶胶中水和模板剂的含量制备了形貌均一的AlPO₄-14分子筛, 分子筛的尺寸为15~18 mm; 然后采用晶种法即在反应凝胶中加入分子筛作为晶种进一步调控分子筛的大小, 使得AlPO₄-14分子筛的尺寸从15~18 mm减小到2~3 mm, 得到形貌均一的纯相片状晶体, 同时有效缩短了制备时间; 最后以多孔管状莫来石为支撑体, 采用二次生长法制备AlPO₄-14分子筛膜. 考察了2种不同大小的晶种对膜形貌和性能的影响, 发现以大尺寸的分子筛(15~18 mm)作为晶种制备的分子筛膜的分离层存在较多缺陷, 而采用小尺寸的晶种(2~3 mm)制备的膜层较均一致密. AlPO₄-14分子筛膜经高温脱除模板剂后仍然保持着纯相的AlPO₄-14晶型, 表明二次生长法促进了AlPO₄-14晶体在膜层中的生长且使其具有更高的结晶度和热稳定性. 在25 ℃, 100 kPa下, AlPO₄-14分子筛膜对H₂/CH₄, CO₂/CH₄和H₂/CF₄的理想分离因子分别为28, 40和1047, 且H₂和CO₂的渗透速率分别为6.3×10 ^-7和9×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1; 对等摩尔CO₂/CH₄混合气体的分离因子为81.5, 且CO₂的渗透速率为8.8×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1.     

Water-alcohol Separation by Pervaporation through Zeolite Modified Poly(amidesulfonamide)s (PASAs)

A series of poly(amidesulfonamide)s (PASAs) which have been synthesized in our laboratory possess good membrane fabrication properties^[1]. The potential use of these membrane materials in RO, UF and PV were demonstrated^[2,3]. Reminiscent to the PV performance of other glassy polymers, most of these materials exhibit a fairly high separation factor albeit a permeation flux below 35 g m^-2 h^-1 in the PV separation of aqueous alcohol mixtures. To have a real application prospect in PV, the permeation flux through the membranes has to e further improved. The present work represents our effort to upgrade the separation characteristics of PASAs by blending with inert hydrophilic zeolites. Three types of PASAs (structure shown in Figure 1) were selected to be fabricated by blending different amount of zeolite NaA or NaX. The zeolite filled membranes were characterized by SEM, IR spectroscopy, sorption measurements and wide-angle X-ray diffraction. By adding proper amount of NaA into the polymer casting solutions, the resultant zeolite filled membranes exhibited improvement in both selectivity and permeability in the separation of 10% aqueous solutions of ethanol, propan-l-ol and propan-2-ol, as compared to the zeolite free membrane (Table 1).     

K2GeF6:Mn荧光粉的化学共沉淀合成、结构测定与发光性能研究——介绍一个研究型综合实验

介绍一个大学化学研究型综合实验——K2GeF6:Mn荧光粉的化学共沉淀合成、结构测定与发光性能研究。本实验结合氧化还原与化学共沉淀法制备K2GeF6:Mn荧光粉,借助XRD和SEM对粉体进行结构表征,并利用荧光光谱仪测试分析其发光性能,探究激活剂含量和反应温度对粉体结构与性能的影响,获得可应用于商业白光LED的红色荧光粉。通过该实验的设计与实施,使学生在掌握基本实验技能的同时,能够结合基础理论知识解释实验原理、分析实验现象,并进一步提升学生的科学研究思维和综合运用知识的能力。