SIFSIX-3-Ni膜的制备及氢气分离性质

利用(NH₄)₂SiF₆修饰大孔玻璃基底后, 在溶剂热条件下制备了SIFSIX-3-Ni膜, 并研究了温度和浓度对制备SIFSIX-3-Ni膜的影响. 能谱分析(XPS)结果表明大孔玻璃表面引入了氟元素. SIFSIX-3-Ni膜的粉末X射线衍射(PXRD)峰位置和模拟结果一致, 表明成功制备出SIFSIX-3-Ni膜. 从扫描电子显微镜(SEM)照片中观察到膜连续均匀, 厚度约为20 μm. 热重分析(TGA)结果表明, 活化前的膜没有客体分子. 单组分测试结果表明, 膜的H₂, CO₂和N₂渗透量分别为6.83×10 ^-6, 7.42×10 ^-7和8.89×10 ^-7 mol·m ^-2·s ^-1·Pa ^-1, H₂/CO₂和H₂/N₂的理想分离比分别为9.20和7.68. 在连续测试5 h后, H₂, CO₂和N₂渗透量基本保持不变, 表明SIFSIX-3-Ni膜具有很好的稳定性.     

SSZ-13分子筛膜的制备方法及其气体分离

SSZ-13分子筛具有CHA构型和3维八元环孔道结构,窗口尺寸约0.38 nm×0.38 nm。相比CH₄和N₂,SSZ-13分子筛对CO₂具有优先吸附选择性,适用于CO₂/CH₄、CO₂/N₂等体系的气体分离。SSZ-13分子筛膜的制备方法主要有原位晶化法、二次生长法、微波合成和分子筛转晶法等。高硅SSZ-13分子筛膜的疏水性随着硅铝比的增加而增加,膜层变得更加致密,缺陷减少,气体分离选择性增加。本文梳理了高硅SSZ-13分子筛膜的制备方法和气体分离的机理,分析了支撑体、合成条件、Si/Al比、测试条件和分离体系等因素对高硅SSZ-13分子筛膜气体分离的影响,展望了高硅SSZ-13分子筛膜今后的发展方向。     

预吸附微波合成纳米NaY沸石晶种制备NaY型分子筛膜

在常压回流的微波加热体系中成功地合成出纳米尺寸的NaY分子筛,XRD和SEM等表征结果表明,分子筛具有40nm左右的平均晶粒尺寸.以其为晶种,预吸附在多孔氧化铝载体上,结合原位水热法进行二次晶化,制备出较为致密的NaY分子筛膜,该膜主要以孪生聚晶的形式存在.CO₂/N₂气体分离测试结果显示,随着温度的升高,分子筛膜的气体分离能力呈上升趋势,在140℃时真实选择分离系数达到最大值4.0.     

不锈钢金属网上L型分子筛膜的连续生长及气体渗透性能

选取不锈钢金属网作为成膜载体, 采用预涂晶种的方法, 研究了L型分子筛晶种在水热条件下二次生长成膜的过程. 对成膜条件进行了详细的考察, 并讨论了反应液的碱度及反应时间对L型分子筛膜形成的影响. 利用扫描电子显微镜(SEM)对L型分子筛膜的形貌进行了表征. 通过优化反应条件, 得到了致密、 连续、 纯相、 均匀的L型分子筛膜, 厚度约为20 μm. 单组分气体渗透测试结果表明, 在室温和常压下, L型分子筛膜对N₂气和H₂气的渗透速率分别为8.39×10^-8 和6.96×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, 从而计算出膜对H₂/N₂混合气体的理想分离系数为8.3. 双组分气体渗透测试结果表明, 温度的升高会导致膜对H₂气和N₂气的渗透速率增加及H₂/N₂分离系数的减小.     

高硅MFI分子筛膜的合成与低温脱除膜内有机模板剂

采用旋涂法在粗糙的α-Al₂O₃载体片上制备出较完备的分子筛晶种层;以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为有机模板剂,通过调控合成液的H₂O/Si摩尔比,实现了对分子筛晶体面内优先生长的调控;经过三次水热合成得到致密交联的h0h-轴取向高硅MFI分子筛膜,膜厚约为8 μm(包括~5 μm致密层和~3 μm过渡层)。采用先低温加氢裂解后低温空气氧化的两步法脱除工艺,有效脱除了分子筛膜内的有机模板剂。相比于传统高温煅烧法,该法可以避免分子筛膜因脱除模板剂而形成的较大晶间缺陷。因而采用低温两步法脱除模板剂的分子筛膜片在30 ℃时具有较好的CO₂分离效果,其CO₂/N₂分离因子达到5.2, CO₂渗透通量高达5.8 × 10^-7mol·m^-2·s^-11·Pa^-1。     

晶种法合成UZM-9分子筛及其CO2/CH4/N2吸附分离性能

以TEAOH和TMAOH为有机模板剂,酸处理的UZM-9分子筛为晶种,采用水热法在48 h内合成出分子筛UZM-9,并对其CO₂/CH₄/N₂的吸附分离性能进行了研究。采用XRD、ICP、TG、SEM与气体吸附等手段对晶种法合成的UZM-9分子筛结构、耐水稳定性与吸附性能进行了研究。结果表明,晶种法可以在2 d内合成出硅铝原子比在3以上、收率达到65%的UZM-9分子筛;所得分子筛的CO₂吸附容量可以达到5 mmol/g以上,吸附热为34 kJ/mol,CO₂/CH₄、CO₂/N₂与CH₄/N₂的平均分离因子分别为100、240与2.4,CO₂分离性能优良且具有一定耐水性能。     

MFI型分子膜的制备与H2S/CH4分离性能

采用二次生长法在多孔α-Al₂O₃载体上制备MFI型（ZSM-5和silicate-1）分子筛膜;通过XRD和SEM检测,证明所合成的分子筛膜为致密、交联和无取向的MFI型分子筛膜,厚度为5 μm;单组分气体渗透实验检测中,所制备样品膜的N₂渗透量均小于10^-11 mol/（m²·s·Pa）,可认为其无缺陷;同时,考察了样品分子筛膜对H₂S/CH₄混合气的分离效果,在渗透压分别为0.3和0.5 MPa时,silicate-1分子筛膜的H₂S/CH₄的分离因子分别为1.99和4.44,而ZSM-5分子筛膜的CH₄/H₂S的分离因子分别为6.71和12.85。     

燃煤烟气中共存杂质对膜分离CO2性能影响的实验研究

利用自行搭建的膜分离实验台,考察了共存气态组分以及颗粒物对于聚二甲基硅氧烷/聚砜(PDMS-PSF)复合膜分离CO₂性能的影响.结果表明,共存气态组分中O₂对于膜分离CO₂有抑制作用;由于SO₂浓度显著低于CO₂,在短时间内对膜分离CO₂没影响;水汽可以促进CO₂的分离;燃煤飞灰细颗粒在分离膜表面沉积会导致膜性能的恶化.在此基础上,采用模拟湿法烟气脱硫系统装置,进行了燃煤湿法脱硫净烟气环境下的膜分离CO₂实验;在测试的50 h以内,水汽、SO₂和O₂的共同作用导致膜分离性能在前期有一定的提高,随着运行时间的延长,细颗粒物对膜的影响程度加大,导致PDMS-PSF复合膜的分离性能逐渐恶化,最终导致膜的CO₂/N₂分离因子和CO₂渗透速率分别下降了17.91%和28.21%.     

溶胶-凝胶法制备硅系有机-无机杂化分离膜

以α-Al₂O₃多孔陶瓷片为载体,用溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化分离膜.通过考察前驱物的组成及杂化溶胶的合成条件对制膜工艺过程的影响,得到了制备有机-无机杂化分离膜的各种适宜性参数.红外光谱(FTIR)分析结果表明,杂化溶胶的性能不仅决定分离膜的性能,而且对膜热处理过程中的龟裂有很大影响.膜层的厚度为1～2μm;在膜两侧压差为0.10MPa、n(PTMOS)/n(TEOS)=1.16时,膜对O₂/N₂,CO₂/N₂和CO₂/O₂的分离因子分别为2.30,4.31和1.17,渗透系数为75.81×10^-17,75.28×10^-17和72.78×10^-17m₃(STP)·m/(m₂·s·Pa).     

互穿结构及混合配体对金属-有机骨架材料分离性能的影响

在以前的工作中, 我们利用蒙特卡洛和分子动力学模拟计算了具有互穿性结构及混合配体的金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)分离CH₄/H₂的吸附选择性及扩散选择性. 研究了材料的互穿结构及混合配体对材料用于分离CH₄/H₂性能的影响. 在本工作中, 我们将以前的工作进行了扩展, 详细研究了材料的互穿结构及混合配体对材料用于分离CO₂/CH₄, CO₂/N₂和CO₂/H₂等含有CO₂的气体混合物性能的影响. 此外, 为了进一步阐明材料的结构对于其分离性能的影响, 我们亦研究了材料用于分离CH₄/H₂及CH₄/N₂. 从我们的结果可以看出, 相比无互穿结构的MOFs材料, 具有互穿结构的MOFs材料对所研究的所有混合气体的渗透选择性明显提高. 这是因为具有互穿结构的MOFs材料对混合气体的吸附选择性明显高于无互穿结构的MOFs材料. 结果表明, 如果将材料作为膜用于气体混合物分离, 使材料产生互穿结构是提高材料分离性能的一个很好的策略.     

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。     

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.     

变温晶化合成高渗透率ZSM-5沸石膜

沸石分子筛膜的分离性能优异 ,在膜反应器方面具有巨大的应用前景 ,使得在十多年的时间里 ,对其的研究取得了长足进展 .渗透率与选择性是沸石膜发展过程中一对相互制约的矛盾 ,只有当其具有较高渗透率和良好的选择性时 ,才能体现出优势 .因此 ,在不降低选择性的前提下 ,提高膜的渗透率便成为研究的重点 .迄今为止 ,国内外研究者们分别采取不同措施以合成高渗透率的 ZSM- 5沸石膜 ,如合成小晶粒分子筛以减小膜厚 [1] ,在载体孔内预设置扩散栏以阻碍沸石晶粒在孔内生成 [2 ] ;在中孔载体表面合成沸石膜 [3～ 5]等 ,但渗透结果表明 ,气体的渗…     

Preparation of Zeolite—metal Composite Membrane

A NaA Zeolite membrane was synthesized on the surface of the stainless steel slab. The membrane was characterized by XRD and SEM. The membrane was continuous and highly intergrown. The size of NaA zeolite crystals was about 5-6μm.     

Study on the variation of morphology and separation behavior of the stainless steel supported membranes at high temperature

Palladium composite membranes were prepared on stainless steel (SUS) supports modified by nickel submicron powder and colloidal silica sols. Permeation tests of the palladium composite membranes were carried out at high temperature in order to observe the thermal stability of the membrane. The palladium composite membrane failed with formation of plenty of pinholes in the presence of hydrogen at high temperature. The failure of the composite membrane was verified by comparing the nitrogen permeance before hydrogen permeation test with that after hydrogen permeation test and comparing the H₂/N₂ selectivity for single gas permeation test with that for mixture gas permeation test. The variation of the membrane surface due to the failure of the membrane was characterized in scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) analyses. As a result, it can be concluded that reducible metal oxides can be attributed to the failure of the composite membranes resulting from reduction of the metal oxides by hydrogen whichever position in the membrane the metal oxides are layered.     

Polymer-supported and free-standing metal-organic framework membrane

Thrive on a polymer: A polymer-supported method is developed and used to prepare well-intergrown and free-standing metal-organic framework (MOF) membranes. By using this method, a stainless steel net/PMMA-PMAA-supported HKUST-1 membrane was fabricated and applied in gas separation. Results indicated that such a membrane has a high separation factor to H(2) /N(2) , H(2) /CH(4) , H(2) /CO(2) gas mixtures.     

低共熔溶剂中原位合成ZIF-8膜及其气体分离性能

在α-氧化铝载体上,采用原位合成法,在尿素/氯化胆碱低共熔溶剂中合成了ZIF-8膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的ZIF-8膜进行了表征。考察了反应溶液浓度、降温速率对ZIF-8膜合成的影响。通过优化合成条件合成了表面平整致密,厚度为8 μm的ZIF-8膜。采用Wicke-Kallenbach技术对优化条件下合成的ZIF-8膜进行了单组分气体渗透和双组分混合气体分离性能表征。在室温(293 K)下,ZIF-8膜对H2/CO2、H2/O2、H2/N2、H2/CH4双组分气体的分离系数分别为7.4、5.2、9.1、13.8,均大于相应的努森扩散分离系数,说明合成的ZIF-8膜具有分子筛分性能。     

Novel preparation of NaA/carbon nanocomposite thin films with high permeance for CO2/CH4 separation

Novel NaA/carbon nanocomposite thin films were successfully prepared on a porous a-Al2O3 substrate by incorporatingnanosized NaA zeolite into novolak-type phenolic resin.The prepared films were characterized by XRD,SEM and single gaspermeation tests.The NaA zeolite/carbon nanocomposite thin films exhibited that the ideal separation factor of CO2/CH4 was 28.4and the carbon dioxide flux was 3.39*10-7mol/(Pa m2s)at room temperature and under a pressure difference of 100 kPa,whichwas two orders of magnitude higher than that of pure carbon membrane prepared at the same procedures and conditions as those ofcomposite films.From the SEM images,the films were continuous and highly intergrown.Compared with carbon membranes,thethickness of nanocomposite films was drastically decreased,which was helpful to reduce the diffusion resistance and increase theflux of gas permeance.     

电气石粉对制备纳米TiO2及光催化氧化甲苯气相污染物的影响

用浸渍、烧结方法制备了不锈钢网(3×15cm)负载催化剂:由溶胶-凝胶法制备含(400目)电气石粉的二氧化钛催化剂,并与直接混合电气石粉、P-25 TiO₂的复合负载催化剂进行对照;利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等表征催化剂结构;研究了催化剂在反应器(14L)中由20W紫外杀菌灯照射下光催化氧化去除气相甲苯污染物的效果.结果表明,在制溶胶过程中添加微米级电气石粉,得到催化剂粒径较小,其负载量和催化活性均有提高,平均催化比活性达到1.90mg·m^-2·min^-1或0.11mg·g^-1·min^-1,该催化剂在静态条件下反应4h,对初始浓度为180mg·m^-3和70mg·m^-3的甲苯去除率分别达到87%和82%;而同样的高初始浓度下,负载P-25仅可去除21%甲苯,复合负载P-25、电气石可去除58%甲苯,其催化比活性达到1.35mg·m^-2·min^-1或0.18mg·g^-1·min^-1.