MFI纳米片沉积层气相转化制备超薄b轴取向沸石膜

利用乙二胺-水蒸汽进行气相转化（VPT）制备超薄、取向MFI沸石膜,通过将MFI纳米片沉积层转化为致密的沸石膜,实现了膜厚度的有效控制。扫描电子显微镜和X射线衍射表明,制备的沸石膜膜厚度约为280 nm,具有高度b轴取向的致密结构。丁烷异构体双组分分离测试结果表明,在333 K下,等物质的量的正丁烷/异丁烷混合物的正丁烷渗透速率和分离因子分别为1.5×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1和14.8。Na₂SiO₃作为低聚硅源在MFI沸石纳米片二次生长过程中能够提供硅源和碱度,通过在胺类蒸汽中实现MFI沸石纳米片间的融合生长,进一步提高了膜的取向度和致密性。     

MFI沸石纳米片及b轴取向MFI沸石薄膜的制备

我们通过自下而上（bottom-up）的方法制备了高宽深比、高结晶度的b轴方向上超薄的MFI沸石纳米片,为制备b轴取向MFI沸石薄膜提供了基础。采用滑动涂覆法（slip coating method）在玻璃片载体上制备了厚度约为100 nm的b轴取向MFI纳米片晶种层。采用无模板剂二次生长法,抑制晶种层面外孪晶生长,实现了晶种层的面内外延生长。在合成体系的n_SiO2：n_Na2O：n_{C2 H5 OH}：n_{H2 O}=1：0.03：1.3：0.89、晶化时间48 h、晶化温度180℃时,制备了厚度约为200 nm的连续致密的b轴取向MFI沸石膜,与基于四丙基氢氧化铵（TPAOH）的常规合成溶液水热二次生长制备的MFI沸石膜相比,厚度降低了90%,并且保持了晶种层的b轴取向性。     

薄片状MFI晶体无凝胶蒸汽辅助晶化制备b轴取向沸石膜

采用新型薄片状MFI沸石晶体作为晶种,通过无凝胶蒸汽辅助晶化法(gel-less steam-assisted crystallization,GLSAC)在烧结氧化硅多孔载体上制备了致密平整、b轴取向的MFI沸石膜。考察了GLSAC中模板剂浓度、釜底水量、生长温度及时间对MFI沸石膜的影响。扫描电子显微镜和X射线衍射结果显示,适量的模板剂和釡底水量能抑制晶种的面外生长。成功制备了厚度750 nm、致密平整的MFI沸石膜。制备的对丁烷异构体气体分离测试表明,25℃时,等物质的量的丁烷异构体的分离因子(SF_A/B)可达36,对正丁烷的渗透速率为1.5×10^-7mol·m^-2·s^-1·Pa^-1。     

以开孔的二维MFI纳米片为构筑单元制备沸石片膜

以食人鱼溶液(体积比为3∶1的95%～98%(w/w)H_2SO_4和30%(w/w)H_2O_2混合液)处理多层MFI(ML-MFI)除去有机结构导向剂(OSDA),经超声剥离和沉降纯化后得到了开孔的MFI沸石纳米片。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、N_2吸附-脱附、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和热重分析(TGA)等手段对得到的MFI沸石纳米片进行表征,发现食人鱼溶液处理可移除ML-MFI中的OSDA,再经超声剥离得到可分散、开孔的MFI沸石纳米片。将MFI沸石纳米片用简单抽滤的方式沉积到自制Al_2O_3载体上,不经二次生长得到了连续的沸石纳米片膜。单组分气体渗透性能测试结果表明,制备的MFI沸石纳米片膜对正/异丁烷的理想选择性为4.1～5.8,正丁烷的渗透速率为2.2×10~(-7)～4.1×10~(-7) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1)。     

CVD法制备Sn掺杂MFI分子筛膜及其对乙醇/水体系的分离性能

采用化学气相沉积(CVD)法对MFI分子筛膜进行Sn掺杂,制备了一种Sn-MFI分子筛膜,并研究了其渗透汽化分离乙醇/水体系的性能. XRD,29Si NMR, UV-Vis及分离实验结果表明,采用CVD法在将Sn引入MFI膜时,膜层结构基本得到保持, Sn可以进入分子筛骨架,有效地减少了膜表面的硅羟基缺陷,提高了膜分离乙醇/水体系时的稳定性.在SnCl4用量为3 mL、修饰时间为1 h时,所得到的Sn-MFI分子筛膜的渗透汽化分离性能最佳,并可在60℃下分离5%(质量分数)乙醇/水混合物时保持良好的稳定性.在经过连续50 h渗透气化分离后,其渗透通量仅从1.52 kg·m-2·h-1下降至1.38 kg·m-2·h-1,分离因子从18下降至16.     

沉淀转化法制备多孔片状纳米LaF3

采用实验中所合成的LaPO4纳米棒为前驱体,通过沉淀的转化作用,大面积地制备了单分散的片状纳米LaF3。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、BET(Brunauer-Emmett-Teller)测试对片状纳米LaF3的形貌、结构、相组成及表面性质进行了分析。片状纳米LaF3底边长约为40 nm,片的厚度约为35 nm,大小均一,具有多孔结构。通过改变反应溶剂,可以控制LaF3粒子的成核、生长和团聚,从而有效地调控多孔片状纳米LaF3的颗粒尺寸和分散性。对多孔片状纳米LaF3的生长机制进行了研究,结果表明LaPO4和LaF3的溶度积常数差导致了片状纳米LaF3的生成;体系中自身存在的Ostwald ripening作用使片状纳米LaF3出现了多孔结构。     

磷酸氧钒钠纳米片的可控制备研究

基于磷酸氧钒钠的制备条件苛刻、颗粒粒径大和电导率差等问题,提出了一种制备纳米片状磷酸氧钒钠的新方法.通过特定条件下的表面能调控技术,实现纳米片状磷酸氧钒钠的可控制备.通过对不同生长时间的产物进行监测分析,研究了纳米片的形成过程.结合密度泛函理论(DFT)模拟计算,分析了片状磷酸氧钒钠的成片机理.调控不同硫酸根的添加量,研究了不同硫酸根条件下磷酸氧钒钠的微观形貌变化规律,验证了片状磷酸氧钒钠的成片机制.研究SO₄^2-离子在不同晶面的吸附改变了不同晶面的表面能大小,改变了磷酸氧钒钠晶核优势生长取向,实现了定向生长与自组装,最终获得了独特的纳米片状磷酸氧钒钠.由于独特的纳米片状微观形貌,所制备的片状磷酸氧钒钠具有更高的比表面积和压实密度.其比表面积为16.2m²/g,优于纳米颗粒状磷酸氧钒钠的4.3m²/g,压实密度达到1.86 g/cm³,高于颗粒状磷酸氧钒钠的1.77 g/cm³.此外,纳米片状磷酸氧钒钠还表现出优异的储钠性能.在0.1 C电流密度条件下,纳...     

镁热还原气相法白炭黑制备纳米硅及其电化学性能

以气相法白炭黑(FS)为Si前驱体,通过镁热还原工艺和对获得的NPs-Si进行SiOx和C复合包覆,制备出NPs-Si@SiOx@C纳米复合结构,将其用作锂电池负极进行电化学性能测试。研究结果表明:镁热还原过程分两步进行,即SiO_2与Mg先生成Mg2Si中间相,Mg2Si继续与SiO_2反应生成Si的反应路径;根据此规律镁热还原气相法白炭黑的Si转化率达87.9%。电化学性能测试中NPs-Si@SiOx@C负极在2.0 A·g-1的电流密度下有1 300 mAh·g-1的容量平台,1 000次循环后的放电比容量为964.2mAh·g-1,容量保持率达75%。     

气相法制备ZIF-8纳米膜包覆Pt/SiO2催化剂及其炔烃半加氢性能

以原子层沉积技术与气相转晶法相结合的方法,制备出ZIF-8/Pt/SiO2催化剂.该催化剂中Pt纳米颗粒沉积在SiO2纳米线表面,进一步通过气相法被厚度可控的ZIF-8纳米薄膜包覆后形成三明治结构.通过XRD、TEM、BET、ICPMS、XPS、CO-DRIFT等表征对催化剂结构进行了系统的分析,以1-庚炔加氢为探针反...     

Ag_3PO_4/MoS_2纳米片复合催化剂制备及可见光催化性能

采用机械球磨法成功制备Ag_3PO_4/MoS_2纳米片复合催化剂。运用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光发射光谱(PL)对复合催化剂的结构和形貌进行了表征。结果表明,Ag_3PO_4纳米粒子均匀地附着在MoS_2纳米片层结构上,两者形成紧密结合。以亚甲基蓝为模拟污染物,研究复合催化剂在可见光照射下的光催化特性;通过循环实验考察复合催化剂的稳定性。结果显示,含有1%的MoS_2纳米片与Ag_3PO_4形成的复合催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率为95%,其降解动力学常数是纯相Ag_3PO_4的2倍。经过5次循环实验后复合催化剂对于亚甲基蓝的降解率为84%,而纯Ag_3PO_4对于亚甲基蓝的降解率仅为35%。Ag_3PO_4/MoS_2纳米片复合催化剂具有优良的光催化活性和高稳定性,主要归因于二硫化钼纳米片与磷酸银形成异质结,磷酸银激发的电子和二硫化钼纳米片产生的空穴直接复合,从而促使光生电子从磷酸银晶体表面快速分离,减轻了磷酸银的光电子腐蚀,同时也提高了复合物的光催化活性。     

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。     

b轴取向MFI型分子筛膜二次生长合成策略及其应用

b轴取向MFI型分子筛膜因其在膜分离、膜催化反应器研究领域的重要应用引起了广泛关注。本文综述了二次生长法合成b轴MFI型分子筛膜的最新研究进展,从晶种的合成、晶种涂覆方式以及二次生长溶液的组成等方面详细总结了调控b取向MFI型分子筛膜合成的方法;比较了不同分子筛膜合成策略的优缺点,及这些合成策略对不同体系的分离效果（分离因子与通量）和催化性能的影响。本文还介绍了近年来二维（2D）分子筛和分子筛纳米片的监测与生长控制方法,自下而上直接合成纳米片与高通量、高选择性分子筛膜合成方面的最新突破。通过深入探讨各种分子筛膜制备策略,对b轴取向分子筛膜制备的发展趋势进行了展望。     

Crack formation in α-alumina supported MFI zeolite membranes studied by in situ high temperature synchrotron powder diffraction

Cracks are frequently formed in α-alumina supported MFI membranes during calcination. To better understand crack formation, in situ powder diffraction data were collected during calcination of a type of MFI membrane (ca. 1800 nm thick) which is known to crack reproducibly. In addition, data for MFI powder and a blank support were also collected. Both a synchrotron radiation facility and an in-house instrument were used. The unit cell parameters were determined with the Rietveld method, and the strain in the direction perpendicular to the film surface was calculated for the film as well as for the support. The microstrain in the support was also estimated. Based on the results obtained here, a model for crack formation in this type of MFI membrane was proposed. The lack of cracks in other types of MFI membranes (ca. 500 nm) prepared in our laboratory is also explained by the model. In thicker MFI films, the crystals are well intergrown. During heating, the MFI crystals contract and the α-alumina support expands. Consequently, a thermal stress develops in the composite which eventually leads to formation of cracks in the film and structural defects in the support. In thinner films, the crystals are less well intergrown and the thermal expansion mismatch leads to opening of grain boundaries rather than cracks.