超疏水超亲油不锈钢网的制备工艺优化及其性能研究

采用十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)对纳米二氧化硅(Nano-SiO2)进行疏水改性,通过一步浸渍法将疏水Nano-SiO2负载在化学刻蚀后的不锈钢网表面。以空气中水的静态接触角为评价手段,优化制备工艺并研究改性剂HDTMS的用量、改性时间、改性温度以及浸渍时间对疏水处理后不锈钢网的影响。采用透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线粉末衍射(XRD)对制得的疏水亲油Nano-SiO2进行表征;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、接触角测量仪对制得的超疏水超亲油油水分离材料进行表征,并将其应用于油水分离。结果表明,控制HDTMS用量为1.5 mL,改性时间为3 h,改性温度为50℃,不锈钢网浸渍时间为30 min,所制得的负载疏水性Nano-SiO2的不锈钢网表面水的静态接触角为153°,煤油的接触角为0°。油水分离实验表明负载疏水改性的Nano-SiO2的不锈钢网片有良好的油水分离性能,可以分离多种油(环己烷、甲基环己烷、甲苯、煤油、液体石蜡、大豆油等)与水的混合物。     

多孔α-Al_2O_3载体上Silicalite-1膜的表面改性与选择性透醇分析

分别使用十二烷基三甲氧基硅烷(DMS)和硬脂酸(STA)对α-Al2O3载体上二次生长合成的silicalite-1膜进行修饰,提高其表面疏水性。红外光谱和接触角测试结果表明,改性剂以化学键的形式结合于分子筛膜表面,膜表面由亲水变为疏水。表面改性的最佳预处理温度为150℃,改性剂的最佳质量分数为10%。进一步研究了膜表面润湿特性和热稳定性,其中DMS改性后的分子筛膜在空气中经250℃高温处理后仍保持疏水性不变。在乙醇/水分离应用中,高温脱除模板剂后缺陷的孔径分布在1~5nm,表面改性后乙醇分离因子较改性前提高5倍,最高可达21.6。     

硅烷化改性对纳米ZSM-5甲醇制汽油催化剂性能的影响

对比了水热处理后微米ZSM-5和纳米ZSM-5分子筛的物化性质和催化甲醇制汽油(MTG)的反应性能,发现采用纳米ZSM-5分子筛催化剂能得到较高的汽油收率和较长的寿命,但汽油中均四甲苯含量较高.对纳米ZSM-5分子筛进行硅烷化处理,利用低温N_2吸附-脱附、X射线衍射(XRD)、氨气程序升温脱附(NH_3-TPD)对改性前后的样品进行表征.在温度380℃、压力2.0 MPa、空速3.0 h~(-1)的反应条件下进行MTG反应,对硅烷化改性后的催化剂进行评价.结果表明,负载SiO_2后催化剂的强酸中心降低,比表面积和孔容降低.纳米ZSM-5分子筛合适的SiO_2负载量为2%,硅改性后用于MTG反应,催化剂的寿命和汽油收率分别由改性前的144 h和33.6%显著增加到180 h和34.4%.当SiO_2负载量继续增加时,催化剂寿命和汽油收率逐渐降低.另外,随SiO_2负载量的增加,其催化MTG所得汽油产品中的异构烷烃和芳烃含量降低,烯烃和正构烷烃含量增加,均四甲苯含量显著降低,改善了油品质量.     

超疏水棉花的制备及用于油水分离

采用溶胶-凝胶法制备了SiO2水溶胶,并用三甲基甲氧基硅烷进行疏水改性,通过一步浸泡法将改性后SiO2水溶胶修饰到棉花上制备出改性棉花,用接触角测定仪和扫描电子显微镜对制备的改性棉花进行了表征,二次蒸馏水及酸、碱液滴在改性棉花上的接触角均大于150°,表明制备的改性棉花具有超疏水性和耐酸碱性。 改性棉花对柴油展示了高达8.3 g/g的饱和吸附量,在5次重复使用中,吸附能力和接触角均可维持在4.0 g/g和大于150°水平。 在油水混合物吸附研究中,改性棉花吸水量仅是未改性棉花吸水量的1/45,表明改性棉花对油具有很好的选择性。 吸附了柴油后的改性棉花经过简单挤压,即可直接回收吸附的柴油和释放出改性棉花,从而实现了改性棉花的重复使用。     

多孔α-Al2O3载体上Silicalite-1膜的表面改性与选择性透醇分析

十二烷基三甲氧基硅烷（DMS）和硬脂酸（STA）对α-Al₂O₃载体上二次生长合成的silicalite-1膜进行修饰来提高其表面疏水性。红外光谱和接触角测试结果表明,改性后改性剂以化学键的形式结合于分子筛膜表面,膜表面由亲水变为疏水。表面改性的最佳预处理温度为150℃,改性剂的最佳质量分数为10%。进一步研究了膜表面润湿特性和热稳定性之间的关系,其中DMS改性后的分子筛膜在空气中经250℃高温处理后仍保持疏水性不变。在乙醇/水分离应用中,高温脱除模板剂后缺陷的孔径分布在1~5nm时,表面改性后乙醇分离因子较改性前可提高5倍,最高可达21.6。     

硅烷化处理的纳米ZSM-5的结构表征及催化性能

采用多次浸渍法和化学反应沉积法对纳米HZSM-5分子筛外表面进行了硅烷化处理,考察了改性后纳米ZSM-5对甲苯歧化的催化活性.采用改进的Hammett指示剂法和吡啶吸附红外光谱研究了催化剂的酸性位,采用X射线衍射和29Si MASNMR对催化剂的结构进行了表征.研究结果表明,硅烷化处理降低了纳米ZSM-5酸性位的浓度,从而降低了纳米ZSM-5的催化活性.硅烷化处理还减少了纳米ZSM-5中Si的Q4物种,降低了纳米ZSM-5的相对结晶度,同时硅烷化处理产生了脱铝作用.骨架铝含量的减少导致催化剂的酸性位减少,催化活性降低.     

MCM-41分子筛的改性、表面结构与吸附性质的研究

用三甲基氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、四氯化硅与甲基碘改性高硅MCM-41中孔分子筛。XRD,^2^9SiMASNMR,^1^3CMASNMR,以及N~2、水与环己烷吸附的表征,显示改性不同程度地改变了分子筛的表面组成与结构,减小孔径,增加孔壁厚度,因而影响吸附行为,减小吸附容量。硅烷化减少了MCM-41的表面硅羟基含量,增加其疏水性。用CH~3I改性使孔径减小1.4nm,而硅羟基含量并未显著减少。硅烷化以及用CH~3I改性可提高MCM-41分子筛的热稳定性。SiCl~4的改性作用相对不明显。样品的水及环己烷吸附容量与其表面硅羟基含量呈现不同的线性关系,揭示高硅MCM-41分子筛表面吸附中心的本性。     

ZSM-5酸改性对甲醇芳构化性能的影响

利用硝酸、草酸和酒石酸溶液对ZSM-5分子筛进行改性,并采用XRD、SEM、NH₃-TPD、XRF、²⁷Al MAS NMR、吡啶吸附红外光谱和N₂吸附-脱附对ZSM-5分子筛结构、酸量、比表面积及孔体积等物化性质进行表征分析。在反应温度为422℃,甲醇质量空速为4.74 h^-1的条件下,考察了ZSM-5分子筛的催化活性。结果表明,采用不同酸改性ZSM-5分子筛,影响了分子筛的比表面积、酸性及孔体积,从而改变了催化剂的催化性能。在甲醇芳构化（MTA）反应中,酸改性后的分子筛表现出良好的催化活性,且草酸改性后的催化剂表现出较高的催化活性及选择性,反应8 h时,芳烃及BTX收率分别达到57.40%和39.40%。     

二硅烷表面活性剂的合成与表面性能测定

合成了一种新型有机硅表面活性剂--聚醚改性二硅烷。 首先以(CH3)3SiCl和(CH3)2HSiCl为原料,金属钠作还原偶合剂,二甲苯作溶剂,用Wurtz偶合法合成了含氢二硅烷,对其结构进行了红外光谱、紫外吸收光谱和气相色谱表征,并确定了合成最佳反应条件：n((CH3)3SiCl)∶n((CH3)2HSiCl)=1.2∶1,反应物浓度为1.8 mol/L,助剂15-冠醚-5用量为总反应原料质量的2%,反应温度为80 ℃,反应时间为11 h。 再以合成的含氢二硅烷和甲基封端烯丙基聚醚（Mr=400）为原料,在Karstedt铂催化剂作用下进行硅氢加成反应,合成了聚醚改性二硅烷表面活性剂,确定的合成反应最佳温度为95 ℃,时间为4 h;该表面活性剂的表面张力为22.49 mN/m,临界胶束浓度为0.9 g/L,在pH值为6.94和4.12的水溶液中,具有良好的水解稳定性。     

Mo/ZSM-5 分子筛碳化钼活性中心结构及甲烷活化机理的密度泛函理论研究

 应用密度泛函理论 (DFT) 研究了 Mo/HZSM-5 分子筛上碳化钼活性中心的几何结构和电子结构, 以及甲烷 C–H 键在该活性中心上的活化机理. 设计了两种碳化钼单体模型 Mo(CH2)2/ZSM-5 和 Mo(CH2)2CH3/ZSM-5, 两种碳化钼双体模型 Mo2(CH2)4/ZSM-5 和 Mo2(CH2)5/ZSM-5. 其中单钼模型构建在 ZSM-5 分子筛孔道交叉点 T6 位的 Brönsted 酸位上, 双钼模型构建在 T6---T6 相邻双酸位上. 这些模型中都有 Mo=CH2 键, 结构优化后得到的 Mo–C 键长与实验值吻合. 所有模型的前线分子轨道都在 Mo=CH2 的 π 键上. 甲烷活化过程是发生 C–H 键异裂, H+和 H3C–残基分别进攻 Mo=CH2 键的 C 和 Mo, 使 π 键同时断裂. 在以上 4 种碳化钼模型上, 甲烷 C–H 键活化能都在 106~196 kJ/mol, 且 Mo2(CH2)5/ZSM-5 在甲烷活化过程中显示出最高的催化活性.