碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H₂SO₄/HNO₃混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）,再通过与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、1,4-丁二醇（BDO）的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯（MWCNT-COOH/PU）杂化膜。利用傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和透射电子显微镜（TEM）等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNT-COOH/PU杂化膜的形貌和CO₂、N₂渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比（I_D/I_G）有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO₂、N₂渗透性及CO₂/N₂渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管（H-MWCNT-COOH）填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO₂渗透系数为67.8Barrer,CO₂/N₂渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO₂渗透性及CO₂/N₂的渗透选择性。     

二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合物,再将TiO_2-GO复合物与4,4'-(六氟异亚丙基)邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO_2-GO/TiO_2-GO/PI(聚酰亚胺)混合基质膜,用于CO_2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)和Zeta电位等表征了TiO_2-GO复合物和TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构;探讨了TiO_2掺杂量对TiO_2-GO复合物及TiO_2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明,TiO_2-GO复合物中TiO_2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上,TiO_2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构,使其无序度增加.TiO_2的掺杂对TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小,但提升了TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO_2粒子在GO片层上团聚,从而导致TiO_2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差,CO_2渗透性及CO_2/N2渗透选择性降低.当TiO_2掺杂质量分数为30%时,TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10~(-10)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·cm Hg)=7.5×10~(-14)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·Pa)],CO_2/N_2的渗透选择性可达31.     

原位缩聚制备聚氨酯/碳纳米管复合泡沫材料

采用球磨方法制备了均匀分散的碳纳米管(CNTs)/聚丙二醇分散体系,解决了碳纳米管在高黏滞聚醚醇中的分散问题,进一步以水为发泡剂,采用两步的原位缩聚法制备了碳纳米管均匀分散的聚氨酯(PU)/碳纳米管复合泡沫材料.通过FTIR、SEM、压缩实验、亲水性实验等表征了材料的结构和性能.结果表明碳纳米管的加入使聚氨酯材料的压缩强度和保水率得到显著提高.     

聚酰亚胺/SiO2杂化膜的制备、表征和气体渗透性能

采用溶胶凝胶法,在以TiO2为过渡层的硅藻土-莫来石陶瓷膜管基底上,制备了组分不同的聚酰亚胺/SiO2杂化膜。聚酰亚胺是利用4,4′-六氟亚异丙基邻苯二甲酸酐、2,4,6-三甲基-1,3-苯二胺和3,5-二氨基苯甲酸在溶液中进行亚胺化完成的。采用FT-IR、TG/DTA、DSC、SEM、BET和气体渗透测定对膜进行了表征和测试。结果表明,聚酰亚胺通过支链上的羧酸基和SiO2相键连织构成了具有规则孔道的空间网状结构,并且随着SiO2含量的增加孔径逐渐减小;杂化膜具有较高的热稳定性和有机无机兼容性;相对于聚酰亚胺膜,杂化膜对H2、CO2和H2O与N2相比较具有较高的分离性,SiO2含量为25(wt)%的杂化膜对H2/N2、CO2/N2和H2O/N2的分离因子分别达到55.9、31.1和42.8。     

聚酰亚胺/SnO_2杂化膜的制备和表征及其气体渗透性测定

杂化材料作为一种新型材料结合了有机无机材料的优异特性，具有较高的热稳定性、机械强度和某些特殊的化学性质，在微电子、光电设备、传感器和分离膜等诸多领域得到应用与研究．溶胶凝胶法作为合成杂化材料的主要手段，具有反应条件温和，可通过调配反应参数来控制杂化材料的微观形态和性质等优点．     

聚氨酯接枝多壁碳纳米管的制备及表征

采用两步法成功地将聚氨酯分子链以共价键连接到碳纳米管表面. 首先将聚丙烯酰氯通过与强酸氧化后多壁碳纳米管表面产生的羟基及少量羧基之间的化学反应共价接枝到碳纳米管表面; 然后将接枝到碳纳米管表面的聚丙烯酰氯与端羟基聚氨酯发生酯化反应, 实现了聚氨酯对碳纳米管的表面共价接枝. 采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM) 和热重分析(TGA)等对接枝后的产物进行了表征, 结果表明, 聚氨酯已共价接枝到碳纳米管表面, 被接枝的聚合物的含量接近90%.     

非水凝胶原位聚合法制备三异丙氧基钕/PMMA杂化材料的研究

通过三异丙氧基钕直接掺入MMA单体 ,迅速形成凝胶后进行原位聚合的方法制得三异丙氧基钕 /PMMA杂化材料 ,采用IR、TG、WAXD、DMTA、SEM等手段对其进行表征 .结果表明 ,三异丙氧基钕与MMA中的羰基因配位并导致交联形成了交联网状结构的杂化材料 .与PMMA相比 ,这种杂化材料具有优良的耐热性、耐溶剂性 ,高贮能模量 ,同时 ,该制备方法克服了稀土离子易缔合的缺点 ,获得了高稀土含量且均匀分布的三异丙氧基钕 /PMMA杂化材料     

硅树脂/硅橡胶杂化膜的制备及性能研究

以十三氟辛基三乙氧基硅烷、四甲基二乙烯硅氧烷、乙烯基三甲氧基硅烷和正硅酸乙酯为原料,通过水解缩合制备了乙烯基含氟硅树脂。乙烯基硅橡胶和乙烯基含氟硅树脂为基质材料,含氢硅油为交联剂,硅氢加成制备了改性硅橡胶杂化膜材料。透气性能测试表明,当含氟硅树脂质量分数50.0%时,膜的成膜性和富氧性能之间达到最佳平衡点,30℃和0.01 MPa压差下,P（O2）为628 Barre,a（O2/N2）为3.36。与普通乙烯基硅橡胶交联膜比,这种有机―无机杂化膜在保持原有氧气透过系数的基础上,较好的改进了氧氮分离性能。     

非水凝胶原位聚合法制备三异辛氧基镨/聚苯乙烯杂化材料

非水凝胶原位聚合法制备三异辛氧基镨/聚苯乙烯杂化材料     

膜相渗透原位化学聚合法制备PAn/CA复合透膜

采用膜相渗透原位化学聚合法,使苯胺(An)原位化学聚合于醋酸纤维素(CA)基体膜的微孔壁中,得到均匀分布的PAn/CA复合导电透膜.通过研究聚合反应条件对复合透膜的导电性能和CO₂/O₂表观分离性能的影响,获得了制备性能较优的PAn/CA复合导电透膜的适宜条件.结果表明,采用膜相渗透化学原位聚合法制备的PAn/CA复合导电透膜,平均孔径明显变小,孔径分布变窄,具有优于CA基体膜的微孔结构形态.     

氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺混合基质膜及其渗透汽化性能

以聚乙二醇(PEG-400)为还原剂,Ag NO3为前驱体,采用浸渍-还原法合成氧化石墨烯-Ag纳米粒子(GO-Ag NP)复合物,再通过共混法制备氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺(GO-Ag NP/PI)混合基质膜,用于苯/环己烷混合物的渗透汽化分离。使用透射电子显微镜、红外吸收光谱、拉曼光谱、热失重以及X射线光电子能谱等分析表征GO-Ag NP复合物、GO-Ag NP/PI混合基质膜的形貌和结构;探讨了Ag掺杂量对GO-Ag NP复合物的结构以及GO-Ag NP/PI混合基质膜的结构和渗透汽化性能的影响。结果发现,Ag+被还原形成Ag NP的同时,GO失去了部分含氧官能团;Ag掺杂破坏了GO的结构,使其无序度增加,但改善了GO-Ag NP复合物在混合基质膜中的分散性,提升了GO-Ag NP/PI混合基质膜的苯/环己烷渗透汽化性能。然而过量的Ag掺杂将使GO片层上产生Ag粒子团聚,从而降低混合基质膜的渗透汽化性能。当Ag掺杂量为15%时,GO-Ag NP/PI混合基质膜渗透汽化性能最佳,渗透通量为1 404 g·m-2·h-1,分离因子可达36.2。     

氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺混合基质膜及其渗透汽化性能

以聚乙二醇（PEG-400）为还原剂,AgNO₃为前驱体,采用浸渍-还原法合成氧化石墨烯-Ag纳米粒子（GO-AgNP）复合物,再通过共混法制备氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺（GO-AgNP/PI）混合基质膜,用于苯/环己烷混合物的渗透汽化分离。使用透射电子显微镜、红外吸收光谱、拉曼光谱、热失重以及X射线光电子能谱等分析表征GO-AgNP复合物、GO-AgNP/PI混合基质膜的形貌和结构;探讨了Ag掺杂量对GO-AgNP复合物的结构以及GO-AgNP/PI混合基质膜的结构和渗透汽化性能的影响。结果发现,Ag⁺被还原形成AgNP的同时,GO失去了部分含氧官能团;Ag掺杂破坏了GO的结构,使其无序度增加,但改善了GO-AgNP复合物在混合基质膜中的分散性,提升了GO-AgNP/PI混合基质膜的苯/环己烷渗透汽化性能。然而过量的Ag掺杂将使GO片层上产生Ag粒子团聚,从而降低混合基质膜的渗透汽化性能。当Ag掺杂量为15%时,GO-AgNP/PI混合基质膜渗透汽化性能最佳,渗透通量为1 404 g·m^-2·h^-1,分离因子可达36.2。     

PEEK–WC-Based Mixed Matrix Membranes Containing Polyimine Cages for Gas Separation

Membrane-based processes are taking a more and more prominent position in the search for sustainable and energy-efficient gas separation applications. It is known that the separation performance of pure polymers may significantly be improved by the dispersion of suitable filler materials in the polymer matrix, to produce so-called mixed matrix membranes. In the present work, four different organic cages were dispersed in the poly(ether ether ketone) with cardo group, PEEK-WC. The m-xylyl imine and furanyl imine-based fillers yielded mechanically robust and selective films after silicone coating. Instead, poor dispersion of p-xylyl imine and diphenyl imine cages did not allow the formation of selective films. The H₂, He, O₂, N₂, CH₄, and CO₂ pure gas permeability of the neat polymer and the MMMs were measured, and the effect of filler was compared with the maximum limits expected for infinitely permeable and impermeable fillers, according to the Maxwell model. Time lag measurements allowed the calculation of the diffusion coefficient and demonstrated that 20 wt % of furanyl imine cage strongly increased the diffusion coefficient of the bulkier gases and decreased the diffusion selectivity, whereas the m-xylyl imine cage slightly increased the diffusion coefficient and improved the size-selectivity. The performance and properties of the membranes were discussed in relation to their composition and morphology.     

Two‐Dimensional Microporous Material‐based Mixed Matrix Membranes for Gas Separation

Since the discovery of graphene and its derivatives, the development and application of two‐dimensional (2D) materials have attracted enormous attention. 2D microporous materials, such as metal‐organic frameworks (MOFs), covalent organic frameworks (COFs), graphitic carbon nitride (g‐C₃N₄) and so on, hold great potential to be used in gas separation membranes because of their high aspect ratio and homogeneously distributed nanometer pores, which are beneficial for improving gas permeability and selectivity. This review briefly summarizes the recent design and fabrication of 2D microporous materials, as well as their applications in mixed matrix membranes (MMMs) for gas separation. The enhanced separation performances of the membranes and their long‐term stability are also introduced. Challenges and the latest development of newly synthesized 2D microporous materials are finally discussed to foresee the potential opportunities for 2D microporous material‐based MMMs.     

Gas Permeation Properties of Organic-Inorganic Hybrid Membranes Prepared from Hydroxyl-Terminated Polyether and 3-isocyanatopropyltriethoxysilane

Organic-inorganic hybrid materials were prepared by reacting 3-isocyanatopropyltriethoxysilane (IPTS) with hydroxyl terminated poly(ethylene glycol) (PEG), poly(propylene glycol) (PPG) and poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol) (PEPG), followed by hydrolysis and condensation with acid catalysis. Composite membranes have been obtained by casting hybrid sol on the microporous polysulfone substrate. The membranes were characterized by Fourier transform infrared (FT-IR), ¹³C NMR and ²⁹Si NMR. The permeability coefficients of N₂, O₂, CH₄ and CO₂ were measured by variable volume method. The gas permeability coefficients increase with increasing molecular weight of the polyethers. For the membranes containing PEG and PEPG, the higher values of CO₂ permeability coefficients and CO₂/N₂ separation factors are due to the presence of ethylene oxide segments. In case of PEPG membranes, molecular weight has more influence on CO₂ permeability than the effect of facilitation by ethylene oxide. The addition of TEOS into hybrid sol results in the decrease of all the gas permeability and does not affect the gas selectivity. PEG2000 membrane display the most performance among the hybrid membranes investigated here. The best values observed are CO₂ permeability of 94.2 Barrer with selectivity of 38.3 for CO₂/N₂ and 15.6 for CO₂/CH₄.     

PANI/MWCNT电极在硫酸锂溶液中电容性能

化学氧化法制备聚苯胺/多壁碳纳米管复合材料(PANI/MWCNT),扫描电镜(SEM)、XRD及IR表征样品结构及形貌,电化学方法测定复合电极循环伏安曲线、恒流充放电曲线及电极交流阻抗.结果表明,PANI/MWCNT电极在1mol/L的Li2SO4溶液中具有较好电容性能,在电流密度为5mA/cm2时,比电容为412F/g.PANI/MWCNT电极较PANI电极有更好的大电流放电能力,50mA/cm2下复合电极的比电容仍达318F/g,为5mA/cm2时该电极比电容的77.2%,而PANI电极的比电容仅为其5mA/cm2时的56.2%.交流阻抗证明碳纳米管降低复合电极的电阻,显著提高大电流放电能力.     

微孔PI气体分离膜的研究进展

自具微孔材料(PIMs)由于自身刚性分子链的扭曲折叠等会产生高比表面积的微孔结构,相应的膜材料具有优异的气体分离性能。将刚性扭曲的结构单元引入到聚酰亚胺(PI)主链中就得到自具微孔PI。微孔型PI是近年来发展的一种新型PI,其微孔结构使得PI膜的气体分离性能得到很大提升,其中气体渗透系数的提升尤为显著,且保持了传统PI良好的热稳定性、化学稳定性及高力学强度等性质。本文重点介绍了微孔PI以及基于微孔PI复合膜的最新研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。     

原位聚合法制备纳米二氧化硅/聚氨酯复合树脂

采用高压剪切分散（HPSH）的方法先将纳米SiO2分散在合成聚氨酯原料中,再应用原位聚合的方法制备了纳米SiO2/聚氨酯复合树脂。 用热重分析、动态机械热分析（DMTA）和扫描电子显微镜等测试技术研究了纳米SiO2的用量及其分散方法对聚氨酯树脂的热稳定和力学性能的影响。 结果表明,二苯甲基二异氰酸酯（MDI）中的-NCO和纳米SiO2表面的-OH发生了化学反应,SiO2表面的包覆率约为7%;通过高压剪切分散的方法能够使纳米SiO2在聚氨酯基体中均匀的分散开来,粒径为30~40 nm,而超声处理的纳米SiO2会聚集约为200 nm聚集体。 当SiO2的添加质量分数为3%时复合树脂（HPSH处理SiO2）的拉伸强度和断裂伸长率均达到最大值,分别为84.3 MPa和438.7%。 此外,与纯树脂相比,复合树脂(4%纳米SiO2)的Tg、Td和T-50%分别增加了17.2、9和21 ℃。