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。     

SSZ-13分子筛膜的制备方法及其气体分离

SSZ-13分子筛具有CHA构型和3维八元环孔道结构,窗口尺寸约0.38 nm×0.38 nm。相比CH₄和N₂,SSZ-13分子筛对CO₂具有优先吸附选择性,适用于CO₂/CH₄、CO₂/N₂等体系的气体分离。SSZ-13分子筛膜的制备方法主要有原位晶化法、二次生长法、微波合成和分子筛转晶法等。高硅SSZ-13分子筛膜的疏水性随着硅铝比的增加而增加,膜层变得更加致密,缺陷减少,气体分离选择性增加。本文梳理了高硅SSZ-13分子筛膜的制备方法和气体分离的机理,分析了支撑体、合成条件、Si/Al比、测试条件和分离体系等因素对高硅SSZ-13分子筛膜气体分离的影响,展望了高硅SSZ-13分子筛膜今后的发展方向。     

SIFSIX-3-Ni膜的制备及氢气分离性质

利用(NH₄)₂SiF₆修饰大孔玻璃基底后, 在溶剂热条件下制备了SIFSIX-3-Ni膜, 并研究了温度和浓度对制备SIFSIX-3-Ni膜的影响. 能谱分析(XPS)结果表明大孔玻璃表面引入了氟元素. SIFSIX-3-Ni膜的粉末X射线衍射(PXRD)峰位置和模拟结果一致, 表明成功制备出SIFSIX-3-Ni膜. 从扫描电子显微镜(SEM)照片中观察到膜连续均匀, 厚度约为20 μm. 热重分析(TGA)结果表明, 活化前的膜没有客体分子. 单组分测试结果表明, 膜的H₂, CO₂和N₂渗透量分别为6.83×10 ^-6, 7.42×10 ^-7和8.89×10 ^-7 mol·m ^-2·s ^-1·Pa ^-1, H₂/CO₂和H₂/N₂的理想分离比分别为9.20和7.68. 在连续测试5 h后, H₂, CO₂和N₂渗透量基本保持不变, 表明SIFSIX-3-Ni膜具有很好的稳定性.     

高硅MFI分子筛膜的合成与低温脱除膜内有机模板剂

采用旋涂法在粗糙的α-Al₂O₃载体片上制备出较完备的分子筛晶种层;以四丙基氢氧化铵(TPAOH)为有机模板剂,通过调控合成液的H₂O/Si摩尔比,实现了对分子筛晶体面内优先生长的调控;经过三次水热合成得到致密交联的h0h-轴取向高硅MFI分子筛膜,膜厚约为8 μm(包括~5 μm致密层和~3 μm过渡层)。采用先低温加氢裂解后低温空气氧化的两步法脱除工艺,有效脱除了分子筛膜内的有机模板剂。相比于传统高温煅烧法,该法可以避免分子筛膜因脱除模板剂而形成的较大晶间缺陷。因而采用低温两步法脱除模板剂的分子筛膜片在30 ℃时具有较好的CO₂分离效果,其CO₂/N₂分离因子达到5.2, CO₂渗透通量高达5.8 × 10^-7mol·m^-2·s^-11·Pa^-1。     

不锈钢金属网上L型分子筛膜的连续生长及气体渗透性能

选取不锈钢金属网作为成膜载体, 采用预涂晶种的方法, 研究了L型分子筛晶种在水热条件下二次生长成膜的过程. 对成膜条件进行了详细的考察, 并讨论了反应液的碱度及反应时间对L型分子筛膜形成的影响. 利用扫描电子显微镜(SEM)对L型分子筛膜的形貌进行了表征. 通过优化反应条件, 得到了致密、 连续、 纯相、 均匀的L型分子筛膜, 厚度约为20 μm. 单组分气体渗透测试结果表明, 在室温和常压下, L型分子筛膜对N₂气和H₂气的渗透速率分别为8.39×10^-8 和6.96×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, 从而计算出膜对H₂/N₂混合气体的理想分离系数为8.3. 双组分气体渗透测试结果表明, 温度的升高会导致膜对H₂气和N₂气的渗透速率增加及H₂/N₂分离系数的减小.     

AlPO4-5分子筛模板剂的量子化学计算

以23种有机分子作为模板剂用于AlPO₄-5分子筛的合成,利用分子图形技术研究这些有机分子的形状和尺寸,采用量子化学PM3方法研究这些有机分子的电子性质,计算它们与AlPO₄-5分子筛骨架模型簇之间的相互作用能。结果表明,量子化学计算数据可以作为寻找合成AlPO₄-5分子筛新型模板剂时的重要参考依据。     

泡沫镍载 NiCO2O4电极的制备及其催化 H2O2电氧化的性能

本文以水热法结合热处理法原位制备了泡沫镍载 NiCo₂O₄纳米线电极,使用XRD、SEM和TEM对合成的 NiCo₂O₄纳米线进行了表征,NiCo₂O₄纳米线直径约80 nm,长度约 3 ~ 5 μm. 使用循环伏安和计时电流法测试了泡沫镍载NiCo₂O₄纳米线催化H₂O₂的电氧化性能,结果表明泡沫镍载NiCo₂O₄纳米线对H₂O₂电氧化有着优良的催化活性、稳定性和传质性能,在0.3 V电位下0.4 mol·L ^-1 H₂O₂和2 mol·L ^-1 NaOH溶液中氧化电流可达380 mA·cm ^-2.     

晶种法合成UZM-9分子筛及其CO2/CH4/N2吸附分离性能

以TEAOH和TMAOH为有机模板剂,酸处理的UZM-9分子筛为晶种,采用水热法在48 h内合成出分子筛UZM-9,并对其CO₂/CH₄/N₂的吸附分离性能进行了研究。采用XRD、ICP、TG、SEM与气体吸附等手段对晶种法合成的UZM-9分子筛结构、耐水稳定性与吸附性能进行了研究。结果表明,晶种法可以在2 d内合成出硅铝原子比在3以上、收率达到65%的UZM-9分子筛;所得分子筛的CO₂吸附容量可以达到5 mmol/g以上,吸附热为34 kJ/mol,CO₂/CH₄、CO₂/N₂与CH₄/N₂的平均分离因子分别为100、240与2.4,CO₂分离性能优良且具有一定耐水性能。     

预吸附微波合成纳米NaY沸石晶种制备NaY型分子筛膜

在常压回流的微波加热体系中成功地合成出纳米尺寸的NaY分子筛,XRD和SEM等表征结果表明,分子筛具有40nm左右的平均晶粒尺寸.以其为晶种,预吸附在多孔氧化铝载体上,结合原位水热法进行二次晶化,制备出较为致密的NaY分子筛膜,该膜主要以孪生聚晶的形式存在.CO₂/N₂气体分离测试结果显示,随着温度的升高,分子筛膜的气体分离能力呈上升趋势,在140℃时真实选择分离系数达到最大值4.0.     

多级孔NaX分子筛的合成及CO2吸附性能

采用两步晶化和氨基酸辅助的协同合成策略, 制备了具有高产率(89%)和高结晶度(微孔体积为0.30 cm ³/g)的多级孔NaX分子筛. 利用X射线粉末衍射、 扫描电子显微镜、 透射电子显微镜和氮气吸附等技术, 考察了两步晶化和氨基酸加入量对NaX分子筛的形貌、 相对结晶度和产率的影响. 实验结果表明, 两步晶化有利于多级孔结构的产生, 氨基酸的引入有助于提高分子筛相对结晶度和产率. 与传统方法合成的NaX分子筛相比, 该合成策略制备的多级孔NaX分子筛展现出更优异的CO₂吸附性能, 在273 K和100 kPa条件下, 其CO₂吸附量达到154.2 cm ³/g, 而传统NaX分子筛的CO₂吸附量为147.6 cm ³/g. 该合成策略为绿色且高效制备高质量的多级孔分子筛提供了新思路.     

理论空燃比天然气汽车尾气中H2O和O2对CH4与NO反应的影响

共沉淀法制备CeZrYLa+LaAl 复合氧化物载体, 等体积浸渍法制备了Pt 催化剂, 用于研究理论空燃比天然气汽车(NGVs)尾气净化反应中CH₄与NO的反应规律. 并考察了10% (体积分数, φ)H₂O和计量比O₂对CO₂存在时的CH₄+NO反应的影响. 结果表明: 对于不同条件下的NO+CH₄反应, 主要生成N₂和CO₂, 高温区有CO生成. 低温区无O₂时可以生成N₂O, 有O₂时可以生成NO₂; 添加10% (φ)的H₂O后, CH₄ 转化活性降低, NO转化活性基本不变, 这是由于H₂O减弱了CH₄与CO₂的重整反应, 但是对CH₄与NO的反应基本没有影响; 添加计量比的O₂后, CH₄转化活性提高, 而NO转化活性降低, 这是由于O₂和NO之间存在竞争吸附, CH₄被O₂氧化为主要反应, 从而减弱了NO的转化; 同时添加计量比的O₂和10% (φ) H₂O, CH₄与CO₂的重整反应受到抑制,CH₄与NO的反应、甲烷蒸汽重整反应和甲烷被O₂氧化反应同时发生, CH₄和NO的转化活性均提高.     

双氧水对于单核铜分子筛催化甲烷直接氧化制甲醇反应性能的利弊（英文）

直接催化甲烷(CH₄)氧化转化制备甲醇(DMTM)是具有较高绿色化学原子经济性的反应过程,且可在常温下进行,是潜在的实现CH₄转化升级的重要过程.作为“圣杯反应”, DMTM性能通常显著受氧化剂影响,使用氧气(O₂)作为氧化剂一步实现DMTM仍然极具挑战性.至今,双氧水(H₂O₂)仍是被报道最多的具有较高CH₄转化速率和甲醇(CH₃OH)选择性的绿色氧化剂.为了深入理解氧化剂如何影响DMTM反应性能,本文基于密度泛函理论计算和微观动力学分析研究了在Cu-ZSM-5, Cu-MOR和Cu-SSZ-13三种具有不同微孔尺寸的单核铜分子筛上DMTM反应机理,以确定H₂O₂作为氧化剂在DMTM反应中的优势和局限性.通过理论计算对比在反应条件下O2和H₂O₂的O–O键活化以及CH₄的C–H键活化过程,发现在单核Cu分子筛中, H     

MFI型分子筛膜的两段变温合成及对二甲苯异构体的分离性能

分别采用恒温和变温两种方法在氧化铝支撑体上原位制备了MFI型分子筛膜. 恒温法合成的MFI型分子筛膜晶体颗粒较大, 在高温脱除模板剂时会形成较大的缺陷, 没有对二甲苯/邻二甲苯(PX/OX)分离性能. 变温法合成的MFI型分子筛膜晶体在a, b方向尺寸较小, 在高温脱除模板时不会形成较大缺陷, 对PX/OX有良好的分离性能, 在300 ℃下, PX/OX分离因子高达42, PX的渗透性为9.57×10^-9 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1. 采用低温臭氧脱除模板剂能够有效减小分子筛晶体热收缩产生的应力, 提高MFI型分子筛膜的分离性能. 两种方法合成的分子筛膜在低温臭氧的条件下脱除模板剂后, 都具有PX/OX分离性能, 其中变温法合成的分子筛膜PX/OX分离因子高达76, PX的渗透性为1.02×10^-8 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1.     

多孔石墨烯分离CH4/CO2的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟CH₄/CO₂混合气体在多孔石墨烯分离膜中的分离过程, 分析了3 种纳米孔功能化修饰(N/H 修饰、全H修饰和N/―CH₃修饰)对分离过程的影响规律. 模拟结果表明气体分子会在石墨烯表面形成吸附层, CO₂分子的吸附强度高于CH₄分子. 纳米孔的功能化修饰不仅减小了纳米孔的可渗透面积, 还通过影响纳米孔边缘原子的电荷分布提高了气体分子的吸附强度, 进而影响了混合气体分子在多孔石墨烯分离膜中的渗透性和选择性. CO₂分子在多孔石墨烯中的渗透率能达到10⁶ GPU (1 GPU=3.35×10^-10 mol·s^-1·m^-2·Pa^-1), 远远高于传统的聚合物分离膜. 研究表明多孔石墨烯分离膜在天然气处理、CO₂捕获等工业气体分离过程中具有广泛的应用前景.     

SOFC中干甲烷浓度对Ni-YSZ阳极上反应的影响

为探讨固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)中干甲烷浓度对反应的影响,采用色谱在线测量阳极尾气,总结阳极尾气的变化规律。在此基础上,分析干甲烷在固体氧化物燃料电池Ni-YSZ阳极上的反应,寻找干甲烷浓度与电流对电池阳极反应影响的数学关系。结果表明,随着电流密度的增加,低浓度甲烷按顺序发生CH₄+O^2- → CO+2H₂+2e^-、CH₄+2O^2- → CO+H₂O+H₂ +4e^-、CH₄+3O^2- → CO+2H₂O + 6e^-、CH₄+4O^2- → CO₂+2H₂O+8e^-反应,高浓度甲烷只发生甲烷的第一个氧化反应,中浓度甲烷发生前两个或前三个反应。依据法拉第第一定律及反应物之间的关系,确定甲烷的低、中、高浓度的判定依据分别为:q_v(CH₄)≤I/(4F)、I/(4F)≤q_v(CH₄)≤I/(2F)、q_v(CH₄)≥I/(2F)。     

新型类沸石金属-有机骨架材料用于天然气中CO2的分离

研究了在usf型类沸石金属-有机骨架材料(usf-ZMOF)中不同金属离子(Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Cs⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Al³⁺)对天然气分离(以CO₂/CH₄, CO₂/H₂, CO₂/N₂为研究对象)的不同影响. 结果表明, 此类材料对于3种体系的分离选择性均高于现有材料. 其中性能最好的是Al-usf-ZMOF, 其对CO₂/CH₄, CO₂/N₂和CO₂/H₂的分离选择性分别为290, 1700和16800. 同时, 对于经不同的离子交换后的usf-ZMOF, 吸附选择性随着离子电荷值的增加而增大; 对于同一主族的离子, 选择性随着原子序数的增加而减小. 而上述现象的产生是由阳离子和CO₂间的强静电作用所致.     

气体分子在二维石墨烯纳米孔中的选择性渗透特性

二维石墨烯纳米孔中气体分子的选择性渗透对多孔石墨烯分离膜非常重要。本文采用分子动力学方法研究了气体分子在氮氢修饰石墨烯纳米孔中的渗透特性,从分子的大小和结构、纳米孔的构型以及分子与石墨烯之间的作用强度等角度阐明了分子出现选择性渗透的原因。结果表明,不同分子的渗透率不同,即H₂O＞H₂S＞CO₂＞N₂＞CH₄。渗透率跟分子的质量和直径以及分子在石墨烯表面上的吸附密度有关;根据气体分子动理学理论,渗透率跟分子质量成反比关系;而分子在石墨烯表面上的高吸附密度对渗透起促进作用。对于H₂O和CH₄分子,分子直径起主导作用;H₂O分子直径最小,其渗透率最大;同理,CH₄分子的渗透率最小。对于H₂S和CO₂分子,H₂S分子的直径较大,但其与石墨烯之间的作用强度较大(吸附密度较高),导致渗透率较高;对于CO₂和N₂分子,CO₂分子的直径较小,并且与石墨烯之间的作用强度较大,渗透率较高。同时发现,分子在纳米孔中的渗透使得其在石墨烯表面的密度分布极不均匀。纳米孔左右两侧的功能化氮原子使CH₄分子容易从孔两侧区域穿过,而其它分子由于直径较小在纳米孔中心区域穿过的概率最大。分子与石墨烯之间的作用越强,导致分子在石墨烯表面区域内停留的时间越长,最终使其在渗透纳米孔的过程中所经历的时间越长。本文所采用的氮氢修饰石墨烯纳米孔中,分子渗透速率达到~10^-3 mol·s^-1·m^-2·Pa^-1,并且其它分子相对于CH₄分子的选择性也很高,说明基于该类型纳米孔的多孔石墨烯分离膜在天然气处理等工业气体分离领域具有很好的应用前景。     

Ce0.8Cu0.2O2氧载体耦合S-1分子筛对化学链反应性能的影响

在Ce_0.8Cu_0.2O₂氧载体中添加不同质量S-1分子筛，并利用XRD、 BET、 XPS、 SEM、 TEM和CH₄-TPR&CO₂-TPO等表征对氧载体的物化特性和反应性能进行了研究。考察了S-1分子筛添加量对Ce_0.8Cu_0.2O₂氧载体在化学链甲烷重整耦合CO₂还原反应中的性能的影响。与单纯的Ce_0.8Cu_0.2O₂氧载体相比，添加了0.3 g S-1分子筛后复合氧载体的比表面积明显增大，从15.44 m²/g提高至73.27 m²/g。同时热稳定性和结构稳定性也得到了很大的改善。添加了0.3 g S-1分子筛的复合氧载体CH₄转化率由38.93%提升至56.03%,CO₂还原过程中CO产率由1.18 mmol/g增加至2...     

正交晶系中AlPO4-5类似物骨架拓扑结构设计(Ⅱ)──分子力学方法计算设计结构的空间能

采用分子力学方法计算了与AlPO₄-5分子筛相关的64种设计结构的空间能。计算得到的空间能与其骨架拓扑结构间密切相关。正交AlPO₄-500的空间能最低(-3447kJ/mol),意味着该结构是最稳定的。它的结构与六方AlPO₄-5具有相同的骨架结构,另有两个设计的正交结构分子筛AlPO₄-562和AlPO₄-557的空间能较低,分别为-3419和-3418kJ/mol,表明这两种结构是稳定的,并有可能被合成出来。发现空间能与结构中的层间氧桥"向上"或"向下"连接的有序性有关。因此,空间能可以作为设计的分子筛骨架存在的可能性大小的判据。     

浓凝胶转换法制备纳米SAPO-34及其CH4/N2吸附分离性能研究

通过浓凝胶转换法合成了一种厚度约为50 nm, 大小约为200 nm的纳米片状SAPO-34分子筛, 经XRD, SEM, ICP和氮气(77 K)吸附-脱附等方法对其进行了表征, 结果显示, 相比于微米级立方体形的SAPO-34 (2 μm), 本文合成的纳米片状SAPO-34表现出更高的比表面积(818.68 m²/g)和孔容(0.57 cm³/g). 比表面和孔容积的增大使其气体吸附容量得到较大的提升, 其中CH₄的吸附容量达到25.74 cm³/g, 提升了60%, 高于绝大多数分子筛吸附剂, 同时CH₄/N₂的吸附选择性未出现明显下降(3.1), 且达到商用吸附剂水平(＞3.0). 通过CH₄/N₂(体积比1∶1, 298 K)混合气体穿透测试证明所合成的纳米SAPO-34是一种有效的CH₄/N₂分离吸附剂, 在煤层气富集脱氮工业中具有极大的应用潜力.