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。     

表面修饰的有机-无机杂化微孔SiO2膜的制备及氢气分离性能

采用苯基三乙氧基硅烷(PTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体, 通过溶胶-凝胶法制备了苯基修饰的有机-无机杂化SiO2 膜材料. 通过N2吸附、视频光学接触角测量、热重分析和红外光谱对膜材料的孔结构和疏水性能进行了表征, 并深入研究了膜材料的氢气渗透和分离性能. 结果表明, 修饰后的膜材料具有微孔结构, 孔径集中分布在0.4~0.6 nm. 在温度为40 ℃, 湿度为70%~80%的水热环境下陈化30 d后, 膜材料仍保持微孔结构. 苯基修饰后膜材料具有疏水性, 当n(PTES)/n(BTESE)=0.6时, 膜材料对水的接触角达到(125±0.4)°. 氢气在膜材料中的输运遵循活化扩散机理, 300 ℃时, 膜材料的H2渗透率达到8.71×10-7mol·m-2·Pa-1·s-1, H2/CO2的理想分离系数达到5.53.     

疏水介孔二氧化硅膜的制备与表征

用甲基三乙氧基硅烷(MTES)代替部分正硅酸乙酯(TEOS)作为前驱体，以聚乙烯醚-聚丙烯醚-聚乙烯醚三嵌段共聚物(P123)作有机模板剂，通过共水解缩聚反应制备了甲基修饰的介孔SiO₂膜。利用N₂吸附、FTIR、²⁹Si MAS NMR以及接触角测量仪对膜的孔结构和疏水性进行了表征。结果表明，修饰后的膜材料具有良好的介孔结构，最可几孔径为4.65 nm，孔体积为0.69 cm³·g^-1，比表面积为938.4 m²·g^-1；同时疏水性明显提高，当n_MTES/n_TEOS达到1.0时，其对水的接触角达到109°± 1.1°。气体渗透实验表明气体通过膜孔的扩散由努森机制所控制。     

聚丙烯微孔膜的等离子接枝

在新型聚丙烯微孔膜上的低温等离子接枝饱和的非离子型表面活性剂，使对水的接触角由108°降低到48°。提出了自由基接枝机理。研究了接枝过程主要参数对接枝率的影响，证实了存在接枝和刻蚀竞争机制。     

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.     

无亲水基团取代的四苯基卟吩类LB膜的制备与表征

拉制了4种无亲水基团的四苯基卟吩LB膜,用透射电镜、荧光寿命、荧光光谱和紫外-可见光谱测量表征了膜的形貌和结构,发现膜中卟吩主要以聚集体形式存在。     

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。     

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。     

Preparation and Structure of Microporous Silica Membranes

Silica sols have been prepared in an alcoholic solution by hydrolysis and condensation of TEOS (tetra-ethyl-ortho-silicate) molecules as a function of water and nitric acid concentration. The polymers are intended as precursors for ceramic, gas separation membranes. These molecules show fractal behavior as determined by SAXS (Small Angle X-ray Scattering). Microporosity of dried and calcined silica polymers is determined by N₂-adsorption at 77 K. Fractal dimension and porosity increase with increasing acid concentration. Both the sol structure and the drying kinetics determine the porosity values. N₂-adsorption isotherms are not very suitable for the determination of pore size distributions of microporous silica.     

疏水多孔硅制备及其对水中有机污染物的吸附

以硅酸钠为硅源,盐酸为催化剂,三甲基氯硅烷(TMCS)为表面改性剂,经溶胶-凝胶和表面改性过程制备出一种疏水性多孔硅材料.采用傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪、接触角分析仪、氮气物理吸附仪和扫描电子显微镜(SEM)对其结构和性质进行表征.结果表明:所制备的多孔硅具有分等级孔道结构(中孔-大孔),比表面积为566m2·g-1,孔体积高达2.28cm3·g-1,多孔硅与水的接触角为156°,显示出超疏水特征.对甲苯、汽油、柴油和润滑油的吸附量均可高达自身质量的14倍,丰富的孔道使其在几分钟内即可达到饱和吸附.这种多孔硅在汽油/水混合体系中对汽油具有较高的选择性,同时具有良好的再生能力.经正己烷萃取再生后,多孔硅仍能基本保持初始吸附容量.此方法制备的多孔硅材料在吸附分离污水中的有机物和溢油处理方面具有很好的应用前景.     

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。     

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.     

担载多孔Al2O3膜的制备和表征

研究了溶胶—凝胶法在多孔陶瓷载体上制备多孔Al_2O_3膜的工艺条件,发现在孔径为1.1～1.6μm的多孔陶瓷载体上必须经过多次重复浸渍—干燥—焙烧过程,才能制备出担载均匀的多孔A1_2O_3膜,不过对溶胶和多孔陶瓷载体进行适当的化学改性后,能够减少重复以上过程的次数。用BET法和透气实验对Al_O_3膜的孔径大小和透气性能进行了表征。