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。     

高度有序介孔氧化硅材料SBA-15：高浓度氨基官能化及氨基及氨基团的可利用性

采用简单的方法合成高浓度氨基修饰的高度有序氧化硅材料并深入研究氨基官能化材料的孔结构以及氨基的存在状态和可利用性。结果表明,氨基基团共价连接到SBA-15的孔表面,即使初始合成体系中的APTES（氨丙基三乙氧基硅烷）浓度高达30mol%时材料依然保持高度的有序性。合成体系中APTES浓度为20％的样品还保持良好的介孔结构,比表面积为680 m²·g^-1,孔容为0.89 cm³·g^-1,此介孔结构中的氨基官能团对镍离子表现出很强的亲和力,Ni²⁺的吸附量高达1.88 mmol·g^-1,相比之下未官能化的SBA-15对Ni²⁺没有吸附作用。当初始合成体系中APTES的浓度进一步增大到30％时,修饰到介孔氧化硅材料的氨基含量也随之增大,但由于材料的孔隙度急剧降低,这些氨基的可利用性也降低。     

表面活性剂对均相沉淀法制备单晶Ce2O(CO3)2￠H2O微粉形貌及 形成机理的影响

在尿素及硝酸铈的混合溶液中分别加入表面活性剂CTAB、 PEG19000、OP-10,利用均相沉淀法合成了不同形貌的CeO2超细前驱体Ce2O(COa)2·H2O,采用X射线衍射及透射电子显微镜等测试手段,对产品的物相和形貌进行了表征．实验结果表明,所得产品均为斜方晶系的单晶Ce2O(CO3)2·H2O,且表面活性剂的加入使晶体的晶化程度明显提高;添加不同的表面活性剂得到不同形貌尺寸的产物: 阳离子型表面活性剂CTAB对Ce2O(CO3)2·H2O晶体的形貌影响不大,所得产物尺寸变小,且分散性得到一定的改善;非离子型表面活性剂对所得产物的形貌影响显著．加入PEG19000和OP-10分别得到了形状排列有序的、尺寸较均匀的、较规则无团聚的微米棒及具有紧密结合中心的发散状的花样微粒．不同形貌前驱体的形成与晶粒形成生长机理的改变有关．     

溶液的pH值对纳米CeO2晶粒形貌及形成机制的影响

以亚硝酸铈盐和氨水沉淀法合成了二氧化铈纳米粒子. 通过对溶液pH值的调节制备出了形貌各异的纳米CeO2晶粒. TEM和BET结果表明 酸性条件下, 得到的是球形的纳米CeO2晶粒且其比表面为148.1944 m2·g-1;中性时, CeO2晶粒的形貌为球形和棒状的混合形, 比表面为114.7975 m2·g-1;而碱性环境下, 易得到棒状的、比表面为106.2465 m2·g-1 的CeO2晶体. 另外还对各种形貌产物的形成机制进行了研究.     

沉淀剂用量对反萃取产物结构、形貌及热分析结果的影响

研究了相同浓度不同用量的沉淀剂草酸从负载铈的有机相中反萃取沉淀。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、红外分析(FTIR)及热重-差热分析仪(TG-DSC)等手段,对反萃所得铈沉淀产物的物相、形貌、红外谱图和热失重等进行了分析。结果表明:随着沉淀剂草酸用量从90%增大到150%,萃取产物的晶型逐渐完整,但只有草酸用量为130%时,沉淀产物呈现为典型的水合草酸铈,其他沉淀剂用量经验证均未得到确定的化合物;草酸用量从90%增大到150%时产物的形貌从不规则的块状逐渐变为较为均匀的片状,且草酸用量越大,片状产物的尺度越大;热重分析表明萃合物的失重率较大,考虑是萃合物中含有大量的有机物所致。     

三氟丙基修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜制备、氢气分离及水热稳定性能

以三氟丙基三甲氧基硅烷(TFPTMS)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体, 通过溶胶-凝胶法在酸性条件下制备三氟丙基修饰的有机-无机杂化SiO₂膜材料, 并深入研究三氟丙基修饰对溶胶粒径和疏水性能的影响以及膜材料的氢气渗透分离性能和长期水热稳定性. 结果表明三氟丙基已成功修饰到有机-无机杂化SiO₂膜材料中, 且随着TFPTMS修饰量的增加, 溶胶粒径有减小趋势, 膜材料的疏水性能逐渐提高. 当n(TFPTMS)/n(BTESE)＝0.6时, 溶胶平均粒径为2.11 nm, 膜材料对水的接触角达到111.6°±0.7°. H₂在修饰后膜材料中的输运主要遵循微孔扩散机理, 300 ℃时H₂的渗透率为8.86×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, H₂/CO₂的理想分离系数达到5.4, 且当进气摩尔比例为1∶1时H₂/CO₂的双组分气体分离系数达到了4.82, 均高于Knudsen扩散分离因子(H₂/CO₂＝4.69), 膜材料呈现出良好的分子筛分性能. 膜材料在250 ℃及水蒸气摩尔含量为5%的水热环境中能稳定工作300 h以上.     

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.     

苯基修饰的疏水微孔二氧化硅膜的制备与表征

采用苯基三乙氧基硅烷(PTES)和正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了苯基修饰的SiO2膜材料。利用扫描电镜、N2吸附、视频光学接触角测量仪、热重分析、红外光谱等测试手段对膜的孔结构以及疏水性能进行了表征,最后还研究了修饰后膜材料在室温条件下的单组份气体渗透和分离性能。结果表明,随着PTES加入量的增大,膜材料的疏水性逐渐增强,当PTES/TEOS和H2O/TEOS的化学计量比分别达到0.6和9.6时,膜材料对水的接触角达到115±0.5°,仍保持良好的微孔结构,其孔体积为0.17cm3/g,孔径为0.4-0.5nm。室温下氢气在修饰后SiO2膜的输运既遵循发生在微孔孔道的表面扩散机理也遵循发生在较大孔道或者微缺陷的努森扩散机理,膜材料的H2渗透率达到1.49×10-6mol?m-2?Pa-1?s-1,H2/CO2 和H2/SF6的理想分离系数分别达到4.64和365.59     

碳氟基团修饰的疏水微孔二氧化硅膜制备与表征

采用三氟丙基三乙氧基硅烷（TFPTES）和正硅酸乙酯（TEOS）作为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了三氟丙基修饰的SiO2膜材料。利用扫描电镜、N2 吸附、 红外光谱仪以及视频光学接触角测量仪对膜的断面形貌、孔结构以及疏水性能进行了表征。结果表明,随着三氟丙基三乙氧基硅烷加入量的增大,膜的疏水性逐渐增强,膜的孔结构基本保持不变。当TFPTES/TEOS的摩尔比例达到0.6时,膜对水的接触角达到 111.6°±0.5º,膜材料仍保持良好的微孔结构,其孔体积为0.19cm3•g-1,孔径为0.97nm。