十三氟辛基修饰的疏水有机-无机杂化二氧化硅膜孔结构、氢气分离及水热稳定性

采用1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷（BTESE）和十三氟辛基三乙氧基硅烷（PFOTES）为前驱体,在酸性条件下通过溶胶-凝胶法制备了十三氟辛基修饰的有机-无机杂化SiO₂膜材料。利用接触角测量、红外光谱、动态光散射和N₂吸附等测试技术分别对膜材料的疏水性、溶胶粒径和孔结构进行表征,并深入研究有支撑膜材料的氢气渗透、分离性能以及长期水热稳定性。结果表明,十三氟辛基修饰后的膜材料由亲水性变成了疏水性,当n_PFOTES/n_BTESE=0.6时膜材料对水的接触角达到（110.4±0.4）°,膜材料还保持微孔结构,孔径分布在0.5~0.8nm。氢气在修饰后的膜材料中的输运遵循微孔扩散机理,在300℃时,氢气的渗透率达到8.5×10^-7mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,H₂/CO₂,H₂/CO和H₂/SF₆的理想分离系数分别为5.49,5.90和18.36,均高于相应的Knudsen扩散分离因子。在250℃且水蒸气物质的量分数为5%水热环境下陈化250h,氢气渗透率和H₂/CO₂的理想分离系数基本保持不变,膜材料具有良好的水热稳定性。     

十三氟辛基修饰的疏水有机-无机杂化二氧化硅膜孔结构、氢气分离及水热稳定性

采用1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)和十三氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)为前驱体,在酸性条件下通过溶胶-凝胶法制备了十三氟辛基修饰的有机-无机杂化SiO2膜材料。利用接触角测量、红外光谱、动态光散射和N2吸附等测试技术分别对膜材料的疏水性、溶胶粒径和孔结构进行表征,并深入研究有支撑膜材料的氢气渗透、分离性能以及长期水热稳定性。结果表明,十三氟辛基修饰后的膜材料由亲水性变成了疏水性,当nPFOTES/nBTESE=0.6时膜材料对水的接触角达到(110.4±0.4)°,膜材料还保持微孔结构,孔径分布在0.5~0.8 nm。氢气在修饰后的膜材料中的输运遵循微孔扩散机理,在300℃时,氢气的渗透率达到8.5×10-7mol·m-2·s-1·Pa-1,H2/CO2,H2/CO和H2/SF6的理想分离系数分别为5.49,5.90和18.36,均高于相应的Knudsen扩散分离因子。在250℃且水蒸气物质的量分数为5%水热环境下陈化250 h,氢气渗透率和H2/CO2的理想分离系数基本保持不变,膜材料具有良好的水热稳定性。     

十七氟癸基修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜材料的制备及气体分离性能

以十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体, 通过溶胶-凝胶法制备了十七氟癸基修饰的SiO₂溶胶, 采用浸渍提拉法在γ-Al₂O₃/α-Al₂O₃多孔陶瓷支撑体上涂膜, 然后在N₂气氛保护下烧结成完整无缺陷的有机-无机杂化SiO₂膜. 利用扫描电子显微镜对膜材料的形貌进行观察, 通过动态光散射技术对溶胶粒径及分布进行测试, 利用视频光学接触角测量仪、 红外光谱仪和热分析仪表征了十七氟癸基修饰对有机-无机杂化SiO₂膜疏水性的影响. 结果表明, 十七氟癸基已经成功修饰到SiO₂膜材料中, 且随着PFDTES加入量的增大, 溶胶粒径和膜材料对水的接触角不断增大. 当n(PFDTES): n(BTESE)=0.25: 1时, 溶胶粒径分布较窄, 平均粒径为3.69 nm, 膜材料对水的接触角为(112.0±0.4)º. 在修饰后的有机-无机杂化SiO₂膜中H₂的输运遵循微孔扩散机理, 在300℃时, H₂的渗透率达到5.99×10^-7 mol·m^-2·Pa^-1·s^-1, H₂/CO和H₂/CO₂的理想分离系数分别达到9.54和5.20, 均高于Knudsen扩散的理想分离因子, 表明膜材料具有良好的分子筛分效应.     

单分散α-Fe_2O_3纳米结构空心亚微球的制备及表征

采用一种新的溶液生长法结合多步包覆法在自制的不同粒径SiO2单分散亚微球表面包覆不同厚度的β-FeOOH涂层,得到单分散β-FeOOH/SiO2核壳结构亚微球.实验结果表明,SiO2核心颗粒尺寸对表面涂层的形态和包覆均匀性有很大影响.当SiO2核心颗粒的平均粒径为250 nm左右时,β-FeOOH表面涂层均匀,颗粒间团聚较少,一次包覆后涂层厚度约为35 nm.涂层中β-FeOOH纳米棒的尺寸随着所选SiO2核心颗粒粒径的增大而相应增大.经多次包覆能够显著提高涂层的厚度,3次包覆后β-FeOOH表面涂层厚约100 nm.β-FeOOH/SiO2核壳结构亚微球与质量分数5%的NaOH溶液反应后,于600℃焙烧2 h得到了单分散α-Fe2O3空心微球.单分散α-Fe2O3空心亚微球表层是由α-Fe2O3纳米棒搭建而成的三维网络结构,α-Fe2O3纳米棒的尺寸与核壳结构中β-FeOOH纳米棒的尺寸基本一致.     

三氟丙基修饰的二氧化硅膜制备、氢气分离及其水热稳定性能

以三氟丙基三甲氧基硅烷(TFPTMS)和正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备三氟丙基修饰的SiO2膜材料,研究了三氟丙基修饰对膜材料孔结构和疏水性的作用、疏水膜材料的氢气渗透和分离性能以及水热稳定性能。结果表明三氟丙基修饰后的膜材料仍保持良好的微孔结构,孔径狭窄分布在0.45~0.7 nm之间。修饰后膜材料疏水性明显提高,当nTFPTMS/nTEOS=0.6时,对水的接触角达到(102.7°±0.1°)。H2在修饰后膜材料的输运遵循微孔扩散机理,在300℃时,H2的单组份渗透率达到4.77×10-7mol.m-2.s-1.Pa-1,H2/CO2的理想分离系数以及双组份分离系数分别达到6.99和6.93,均高于其Knudsen扩散分离因子。在200℃水蒸气物质的量含量为5%的环境中陈化220 h后,H2的单组份渗透率仅在前3 h有轻微下降,然后基本保持不变,说明三氟丙基修饰的SiO2膜具有良好的水热稳定性。     

三氟丙基修饰的二氧化硅膜制备、氢气分离及其水热稳定性能

以三氟丙基三甲氧基硅烷(TFPTMS)和正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备三氟丙基修饰的SiO₂膜材料,研究了三氟丙基修饰对膜材料孔结构和疏水性的作用、疏水膜材料的氢气渗透和分离性能以及水热稳定性能。结果表明三氟丙基修饰后的膜材料仍保持良好的微孔结构,孔径狭窄分布在0.45~0.7 nm之间。修饰后膜材料疏水性明显提高,当n_TFPTMS/n_TEOS=0.6时,对水的接触角达到(102.7°±0.1°)。H₂在修饰后膜材料的输运遵循微孔扩散机理,在300 ℃时,H₂的单组份渗透率达到4.77×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,H₂/CO₂的理想分离系数以及双组份分离系数分别达到6.99和6.93,均高于其Knudsen扩散分离因子。在200 ℃水蒸气物质的量含量为5%的环境中陈化220 h后,H₂的单组份渗透率仅在前3 h有轻微下降,然后基本保持不变,说明三氟丙基修饰的SiO₂膜具有良好的水热稳定性。