含硼MFI型分子筛膜制备与渗透汽化性能研究

采用二次生长法在廉价的多孔莫来石管状支撑体上合成了含硼MFI(B-MFI)分子筛膜。通过XRD、FTIR、ICP-AES、11BMAS NMR和SEM对形成膜和粉末进行表征,并考察了溶胶nB/nSiO2比、料液温度和浓度对分子筛膜渗透汽化性能的影响。表征结果证实BO4存在于MFI晶体骨架中。溶胶nB/nSiO2比对膜层微结构和渗透汽化性能有较大影响。B-MFI型分子筛膜选择性地从水溶液中透过有机物,在60℃、质量分数5%丙酮/水和乙醇/水体系的分离因子分别为260和70,均高于同等条件下制备的silicalite-1分子筛膜。     

高性能AlPO4-14分子筛膜的制备及气体分离性能

制备了高性能的AlPO₄-14分子筛膜. 首先通过控制反应溶胶中水和模板剂的含量制备了形貌均一的AlPO₄-14分子筛, 分子筛的尺寸为15~18 mm; 然后采用晶种法即在反应凝胶中加入分子筛作为晶种进一步调控分子筛的大小, 使得AlPO₄-14分子筛的尺寸从15~18 mm减小到2~3 mm, 得到形貌均一的纯相片状晶体, 同时有效缩短了制备时间; 最后以多孔管状莫来石为支撑体, 采用二次生长法制备AlPO₄-14分子筛膜. 考察了2种不同大小的晶种对膜形貌和性能的影响, 发现以大尺寸的分子筛(15~18 mm)作为晶种制备的分子筛膜的分离层存在较多缺陷, 而采用小尺寸的晶种(2~3 mm)制备的膜层较均一致密. AlPO₄-14分子筛膜经高温脱除模板剂后仍然保持着纯相的AlPO₄-14晶型, 表明二次生长法促进了AlPO₄-14晶体在膜层中的生长且使其具有更高的结晶度和热稳定性. 在25 ℃, 100 kPa下, AlPO₄-14分子筛膜对H₂/CH₄, CO₂/CH₄和H₂/CF₄的理想分离因子分别为28, 40和1047, 且H₂和CO₂的渗透速率分别为6.3×10 ^-7和9×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1; 对等摩尔CO₂/CH₄混合气体的分离因子为81.5, 且CO₂的渗透速率为8.8×10 ^-7 mol·(m ²·s·Pa) ^-1.     

二次生长法制备高分离性能的PHI分子筛膜

通过二次生长法在α-Al2O3支撑体表面合成了PHI分子筛膜,考察了晶种合成方式、二次生长合成温度及时间对形成PHI分子筛膜的影响.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对合成膜进行表征.结果表明:载体表面合成出了PHI分子筛;二次生长法合成出的PHI分子筛膜连续、致密,膜厚约为20 μm.利用渗透汽化技术对甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇等不同分子尺寸的醇/水体系进行分离性能的研究,同时考察原料液中水含量对所制备的PHI分子筛膜的分离性能的影响.结果表明:PHI分子筛膜对几种醇水体系都具有良好的分离效果,随着水含量的增加,水的渗透通量呈增大趋势,乙醇和甲醇的理想分离因子有所降低,异丙醇和叔丁醇的理想分离因子增大.     

用于乙醇/水分离的MFI型分子筛膜

MFI型分子筛膜在分离、催化等领域具有广阔的应用前景,受到了国内外学者的普遍关注。全硅的MFI型分子筛膜具有很强的疏水性,表现出优良的乙醇/水混合物分离性能。本文综述了用于该体系渗透汽化分离的MFI型分子筛膜的研究进展,详细阐述了合成方法(原位水热合成法和晶种法)、不同类型的载体、合成液的原料及配方、合成条件(温度及时间)和焙烧条件对所制备的MFI型分子筛膜的分离性能的影响,归纳了实验研究和理论模拟对该体系分离机理的探讨,并介绍了其对膜制备的指导作用。在深入分析不同合成条件优缺点的基础上,对用于乙醇/水分离体系的MFI型分子筛膜制备的发展趋势进行了展望。     

分子结构对聚酰亚胺膜分离CO_2/CH_4性能的影响

气体在致密高分子膜中的渗透过程与高分子的链段活动性和自由体积有关,高分子的链段活动性越大,气体的扩散越容易,气体的透过速度越快,高分子自由体积增大,气体的溶解系数增大,扩散速率加快,透气速率上升．因此,为了得到高选择性和高透气性的分离膜,可对其化学结...     

H2气氛下褐煤快速热解过程中CH4逸出规律的分析

在带有输送煤样的管式反应器上进行了霍林河褐煤加压快速氢解实验,分析了H₂对煤/半焦的化学键断裂和对CH₄生成规律的影响。在加压快速氢解条件下,CH₄产率随着热解温度升高、压力的增大而增大;在50% H₂气氛下,操作压力为1.0 MPa、温度为900 ℃时,CH₄产率为8.08%,达到最大,较N₂气氛下的提高了72.5%。H₂或H·自由基诱发了芳环的开裂、侧链、脂肪链和醚键的断裂,促进了煤热解。CH₄产率的增加主要是由于外部供H的结果;热解温度低于700 ℃时,H₂对煤结构中活性基团的作用促进了煤热解,导致了CH₄产率的增加;而热解温度高于700 ℃后,煤/半焦加氢气化促进了CH₄产率的增加。     

LaCoO3对H2S选择氧化性能的影响

使用溶胶-凝胶法制备了LaCoO₃催化剂,采用XRD、BET和XPS等方式对催化剂进行了表征,考察了该催化剂制备过程中煅烧温度、表面活性剂PEG-6000和PEG-20000含量对其H₂S选择氧化制硫磺反应催化活性的影响。结果表明,表面活性剂PEG-6000及PEG-20000的添加能明显提高LaCoO₃的催化活性。0.02 mol La（NO₃）₃+0.02mol Co（NO₃）₂溶液中添加0.30 g PEG-20000、煅烧温度为650℃时所制备的LaCoO₃催化活性最好;在最佳反应温度260℃下,H₂S的转化率达到96.10%,硫选择性为93.77%。     

b-轴取向MFI型分子筛膜制备工艺

6-轴取向MFI型分子筛膜是一种具有特殊纳米孔道结构的硅铝分子筛膜,在膜分离、膜反应器、化学传感器等领域有着广泛的应用前景,受到国内外学者的普遍关注.本文综述了b-轴取向MFI型分子筛膜制备工艺方面的研究进展,详细介绍了原位水热合成法和二次生长法制备工艺;重点总结和评价了近年来在载体表面修饰、b-轴取向分子筛晶种层制各...     

两种双金属MOF-74吸附分离CO2/CH4的分子模拟

采用分子模拟法分别研究了MgZn-MOF-74和MgCu-MOF-74对CO₂/CH₄混合物吸附分离。首先使用Dmol3模块计算原子电荷和Forcite模块优化掺入不同比例金属离子的骨架结构;接着使用Sorption模块分别模拟吸附单组分CO₂和CO₂/CH₄混合体系的吸附等温线,然后计算混合体系的选择性系数;最后使用Forcite分析金属离子与气体分子的径向分布函数。通过模拟得到的吸附单组分CO₂的吸附等温线可以发现,压力小于200 kPa时Mg5Zn5-MOF-74的吸附能力最强,173 kPa时吸附量为6.3 mmol/g。压力大于1500 kPa时,Mg9Zn1-MOF-74的吸附量比其他MOFs高,最高达23.9 mmol/g,吸附量从大到小排序为：Mg9Zn1-MOF-74>Mg7Zn3-MOF-74>Mg5Zn5-MOF-74>Mg-MOF-74>Zn-MOF-74。对于Cu掺入的Mg-MOF-74,吸附量比原始的Mg...     

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.     

A Gaussian-2 ab initio study of [C2H5S] ions: III. H2 and CH4 eliminations from CH3CHSH and CH3SCH2

Gaussian-2 ab initio calculations were performed to examine the six modes of unimolecular dissociation of cis-CH₃CHSH⁺ (1⁺), trans-CH₃CHSH⁺ (2⁺), and CH₃SCH₂⁺ (3⁺): 1⁺→CH₃⁺+trans-HCSH (1); 1⁺→CH₃+trans-HCSH⁺ (2); 1⁺→CH₄+HCS⁺ (3); 1⁺→H₂+c-CH₂CHS⁺ (4); 2⁺→H₂+CH₃CS⁺ (5); and 3⁺→H₂+c-CH₂CHS⁺ (6). Reactions (1) and (2) have endothermicities of 584 and 496 kJ mol⁻¹, respectively. Loss of CH₄ from 1⁺ (reaction (3)) proceeds through proton transfer from the S atom to the methyl group, followed by cleavage of the C–C bond. The reaction pathway has an energy barrier of 292 kJ mol⁻¹ and a transition state with a wide spectrum of nonclassical structures. Reaction (4) has a critical energy of 296 kJ mol⁻¹ and it also proceeds through the same proton transfer step as reaction (3), followed by elimination of H_2. Formation of CH₃CS⁺ from 2⁺ (reaction (5)) by loss of H₂ proceeds through protonation of the methine (CH) group, followed by dissociation of the H₂ moiety. Its energy barrier is 276 kJ mol⁻¹. On both the MP2/6-31G* and QCISD/6-31G* potential-energy surfaces, the H₂ 1,1-elimination from 3⁺ (reaction (6)) proceeds via a nonclassical intermediate resembling c-CH₃SCH₂⁺ and has a critical energy of 269 kJ mol⁻¹.     

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。     

C3H8 separation from CH4 and H2 using a synthesized PDMS membrane: Experimental and neural network modeling

A polydimethylsiloxane (PDMS) membrane was synthesized and permeation behavior of ternary gas mixtures including C₃H₈, CH₄ and H₂ through it was studied as a function of operating parameters. Mixed gas permeability values were also compared with pure gas data as well as literature to validate experimental results. The aim was to predict separation factor (SF) of C₃H₈ as a function of feed temperature, pressure, flow rate and C₃H₈ concentration with the aid of artificial neural network (ANN) technique. Multilayer perceptron (MLP), which is the most common type of feedforward neural network (FFNN), was used for prediction. The Levenberg–Marquardt training method was initially employed to train the net. Then, optimum numbers of hidden layers and nodes in each layer were determined. The selected structure (4:4:5:1) was finally used to predict SF of C₃H₈ for different inputs in the domain of training data. The modeling results showed that there is an excellent agreement between the experimental data and the predicted values, with mean absolute errors of less than 1%. Both modeling and experimental results confirmed that increasing feed temperature, feed pressure and C₃H₈ concentration in feed debilitates separation performance; however, SF increases with increasing feed flow rate. As a result, ANN can be recommended for the modeling of mixed gas transport through dense membranes such as PDMS.     

Ni-Sm_x/SiC催化剂甲烷二氧化碳重整性能研究

用浸渍法制备了不同钐含量的Ni-Sm_x/SiC催化剂,其中,镍的质量分数为9%,氧化钐的质量分数分别为0、2%、3%、4%、5%、7%。采用常压微型固定床反应器考察了不同催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的催化性能,并用BET、ICP、XRD、H2-TPR、TG-DTA、XPS和TEM等技术对反应前后催化剂进行表征。结果表明,加入钐后,重整反应中甲烷和二氧化碳转化率明显提高。当钐含量为5%时,Ni-Sm5/SiC表现出最好的活性和稳定性,而且反应后催化剂表面积炭量最少。其原因是钐的加入提高了活性组分与载体的相互作用,有效减少了表面积炭、提高了催化剂的稳定性。     

V_2O_5/Ti-Ce-PILC在H_2S选择性催化氧化过程中的催化性能

合成了TiO_2-CeO_2柱撑黏土负载V_2O_5催化剂,通过XRD、氮气吸附脱附、TG、FT-IR、H_2-TPR、NH_3-TPD、XPS等方法对其物理化学性质进行了表征,研究了该催化剂在H2S选择性催化氧化反应中的活性。结果表明,负载5%V_2O_5的TiO_2-CeO_2柱撑黏土在180℃下催化效果最好,且尾气中不含SO_2。V_2O_5、TiO_2和CeO_2之间的相互作用提高了催化剂的活性,CeO_2提高了催化剂的热稳定性,同时提供大量晶格氧,加强了V_2O_5的氧化还原作用,降低了反应温度;TiO_2加强了VO_x和CeO_x的再氧化,降低了硫酸盐的覆盖率,从而降低了催化剂的失活速率。     

Yb_2O_3助剂对Ni/SiC催化剂甲烷二氧化碳重整性能的影响

采用浸渍法制备了Ni/SiC和Ni-Ybx/SiC(x=2%、4%、6%、10%,质量分数)催化剂,在固定床反应装置中考察了催化剂在甲烷二氧化碳重整反应中的性能。利用BET、ICP-AES、XRD、H2-TPR、TG-DTA、XPS和TEM等技术对催化剂进行了表征。实验结果表明,Yb的适宜添加量为4%~6%。在800℃条件下Ni-Yb4/SiC和Ni-Yb6/SiC催化剂具有优异的催化活性和稳定性,在100 h的重整反应中,甲烷和二氧化碳的转化率始终保持在90%以上。Yb2O3助剂能够抑制镍颗粒的生长和减少碳沉积量,因此,Ni-Yb/SiC催化剂在连续反应中表现出稳定的活性。     

Effect of temperature on intrinsic permeation properties of 6FDA-Durene/1,3-phenylenediamine (mPDA) copolyimide and fabrication of its hollow fiber membranes for CO2/CH4 separation

We have determined the effect of temperature on intrinsic permeation properties of 6FDA-Durene/1,3-phenylenediamine (mPDA) 50/50 copolyimide dense film and fabricated high performance hollow fiber membranes of the copolyimide for CO₂/CH₄ separation. The hollow fiber membranes were wet-spun from a tertiary solution containing 6FDA-Durene/mPDA (PI), N-methyl-pyrrolidone (NMP) and tetrahydrofuran (THF) with a weight ratio of 20:50:30 at different shear rates within the spinneret. We observed the following facts: (1) the CO₂/CH₄ selectivity of the copolyimide dense film decreased significantly with an increase in temperature; (2) the performance of as-spun fibers was obviously influenced by the shear rate during spinning. For uncoated fibers, permeances of CH₄ and CO₂ decreased with increasing shear rate, while selectivity of CO₂/CH₄ sharply increased with shear rate until the shear rate reached 2169 s⁻¹ and then the selectivity leveled off; (3) After silicone rubber coating, permeances of CH₄ and CO₂ decreased, the selectivity of CO₂/CH₄ was recovered to the inherent selectivity of its dense film. Both the permeances and selectivity with increasing shear rate followed their same trends as that before the coating; (4) there was an optimal shear rate at which a defect-free fiber with a selectivity of CO₂/CH₄ at 42.9 and permeance of CO₂ at 53.3 GPU could be obtained after the coating; and (5) the pressure durability of the resultant hollow fiber membranes could reach 1000 psia at room temperature.     

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。