菱形石墨炔薄膜He分离特性的密度泛函理论研究

氦气在科学和工业等领域中都具有不可替代的作用,其主要存在于天然气中。如何高效地从天然气中分离氦气显得至关重要。本文基于密度泛函理论(DFT)方法系统地探究了菱形石墨炔(rhombic-graphyne,R-GY)分离膜对He和其他天然气组分(Ne、Ar、CO_2、N_2和CH_4)的吸附、选择和渗透性能。结果表明,R-GY作为He分离膜可同时满足高选择性和高渗透率的要求。常温下,R-GY薄膜对He/Ne、He/CO_2、He/N_2、He/Ar和He/CH_4的选择性可分别达到2?10~7、3?10~(20)、9?10~(26)、7?10~(37)和5?10~(51),即使在600 K时仍可保持较高水平。此外,由于较低的扩散能垒,He穿透R-GY薄膜的渗透率在常温下可达到10~(-6) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),高出工业标准近3个数量级;而其他气体组分在常温下的渗透率仅为10~(-58)-10~(-14) mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),气体无法渗透R-GY薄膜。     

高硅SSZ-13分子筛膜二次水热生长过程（英文）

采用稀释模板剂合成溶胶在管状莫来石支撑体上制备高硅SSZ-13分子筛膜以研究膜的二次水热生长过程。对433 K下二次生长2～72 h的膜和底料进行表征,XRD表明膜和底料中的SSZ-13特征峰均在6 h后出现。底料中的晶粒尺寸基本不随晶化时间的延长而变化。在298 K和0.4 MPa测试条件下,433 K晶化72 h的SSZ-13分子筛膜CO_2渗透通量为2.08×10~(-7)mol·m~(-2)·s~(-1)·Pa~(-1),CO_2/CH_4理想选择性为24。探讨了SSZ-13分子筛膜的生长过程:涂覆在支撑体上的晶种首先溶解并形成大量有序的结构单元,诱导溶胶中晶粒形成并快速生长,晶粒沉积在支撑体的表面共生形成无缺陷的膜层。     

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)。     

气体分子在二维石墨烯纳米孔中的选择性渗透特性（英文）

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H_2O H_2S CO_2 N_2 CH_4。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H_2O和CH4分子,分子直径起主导作用;H_2O分子直径最小,其渗透率最大;同理,CH_4分子的渗透率最小。对于H_2S和CO_2分子,H_2S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CO_2和N_2分子,CO_2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CH_4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CH_4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。     

木质素磺酸钠改性聚砜膜的制备及其在正渗透膜中的应用

采用木质素磺酸钠作为亲水添加剂,通过浸没沉淀相转化法制备了木质素磺酸钠共混改性聚砜膜,以改善聚砜膜的亲水性,并用作正渗透膜的支撑层,以降低内浓差极化效应.利用扫描电子显微镜、衰减全反射傅里叶变换红外光谱仪、水接触角仪等研究了不同木质素磺酸钠添加量对聚砜膜的结构和表面性质的影响.结果表明,添加木质素磺酸钠后,聚砜膜的指状孔变得规整且狭长.水接触角实验证实添加木质素磺酸钠能改善聚砜膜的亲水性,当木质素磺酸钠含量为0.4 wt%时,聚砜膜的表面水接触角可降低至65°.正/反渗透测试装置分别用于表征正渗透膜的传质性质和结构参数.结果表明,以0.4 wt%木质素磺酸钠改性聚砜膜为支撑层的正渗透膜的水渗透性能(A=3.12×10~(-5) LMH×Pa~(-1))优于纯聚砜基底正渗透膜(0.76×10~(-5)LMH×Pa~(-1)),而且前者的结构参数(S=2010mm)远小于后者(3450mm),说明木质素磺酸钠改性聚砜膜有效弱化了正渗透膜的内浓差极化效应.     

低共熔溶剂中原位合成ZIF-8膜及其气体分离性能

在α-氧化铝载体上,采用原位合成法,在尿素/氯化胆碱低共熔溶剂中合成了ZIF-8膜。采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对合成的ZIF-8膜进行了表征。考察了反应溶液浓度、降温速率对ZIF-8膜合成的影响。通过优化合成条件合成了表面平整致密,厚度为8 μm的ZIF-8膜。采用Wicke-Kallenbach技术对优化条件下合成的ZIF-8膜进行了单组分气体渗透和双组分混合气体分离性能表征。在室温(293 K)下,ZIF-8膜对H2/CO2、H2/O2、H2/N2、H2/CH4双组分气体的分离系数分别为7.4、5.2、9.1、13.8,均大于相应的努森扩散分离系数,说明合成的ZIF-8膜具有分子筛分性能。     

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.     

自组装的四(4-N,N-二乙胺基苯基)卟啉/多酸(钠)有机/无机复合薄膜及其气敏性质

选择Keggin型12-磷钨酸(TPA)及其钠盐(Na TP)水溶液为亚相,用四(4-N,N-二乙胺基苯基)卟啉化合物(H_2TNPP)自组装膜为功能模板,釆用低成本的QLS法成功制备了2种新型有机/无机复合材料:H_2TNPP/TPA,H_2TNPP/Na TP QLS薄膜。薄膜结构、形貌及半导体性质测试发现:H_2TNPP分子在H_2TNPP/TPA,H_2TNPP/Na TP复合膜中均采取H-聚集模式,TPA亚相上H-聚集程度更大。而在纯H_2TNPP膜中其为J-聚集模式。3种薄膜表面均为纳米颗粒形貌,以H_2TNPP/Na TP膜表面颗粒均一,颗粒尺寸最小(~60 nm),H_2TNPP/TPA膜表面缺陷较多,颗粒尺寸最大(~150 nm)。薄膜导电性依次为H_2TNPP/Na TP(3.00×10-5S·cm-1)H_2TNPP/TPA(2.49×10-5S·cm-1)H_2TNPP膜(1.53×10-5 S·cm-1)。常温气敏测试发现:3种薄膜在30 s内对浓度小于1.88 mg·m-3的NO2气体都有响应,灵敏度依次为H_2TNPP/Na TP(43%)H_2TNPP膜(16%)H_2TNPP/TPA(4.5%)。具有最小颗粒尺寸和最高导电性的H_2TNPP/Na TP复合薄膜具有最高的灵敏度,并且对NO2检测限低至0.094 mg·m-3。显示出了非常高的实际应用价值。本研究为制备低成本、高灵敏度、环境友好的快速室温NO2气敏器件提供了一种新的策略。     

在不锈钢网上快速制备连续致密 Silicalite-1分子筛膜

开发了一种在不锈钢网基底上快速制备连续致密Silicalite-1(Si-MFI)分子筛膜的新方法. 该制膜过程包括用含有聚氧乙烯(PEO)高分子的氧化硅溶液对不锈钢网基底进行预处理和在预处理后的基底上用二次生长法制备分子筛膜2个步骤. 通过该方法可在12 h内制备连续致密的不锈钢网支撑的Si-MFI分子筛膜. SEM分析结果表明, 所制备的Si-MFI分子筛膜连续且致密, 而XRD分析结果表明, 膜中的Si-MFI微晶具有高结晶度. 用膜渗透分离装置及气相色谱仪测试了Si-MFI膜的渗透性能及对CO₂和N₂的分离性能, 结果显示, 该Si-MFI膜具有很好的渗透性能, 并对CO₂和N₂具有很好的分离性能.     

trans-[(en)~2(NO~2)Co(O~2CC~5H~5N)]^2^+/Fe(Ⅱ)间电子转移反应动力学及机理研究

合成了新型Co(Ⅲ)配合物trans-[(en)_2(NO_2)Co(O_2CC_5H_5N)](ClO_4)_2,并通过紫外可见光谱、红外光谱、元素分析和X射线单晶衍射分析进行了表征.同时分别以[Fe(CN)_6]~(4-)和[Fe(CN)_5(H_2O)]~(3-)作为还原剂,考察了该配合物被还原的反应动力学行为.结果表明两反应体系分别按外配位界机理和内配位界机理进行电子传递.在25℃,I=0.5mol·L~(-1),trans-[(en)_2(NO_2)Co(O_2CC_5H_5N)]~(2 )/[Fe(CN)_6]~(4-)反应体系的前驱配合物离子对形成常数Q_(ip)=29mol~(-1)·L,电子转移速率常数k_(et)=2.4×10~(-4)s~(-1),电子转移过程的活化焓△H_(et)~≠和活化熵△S_(et)~≠分别为1.2×10~2KJ·mol~(-1)和5.0×10~2J·mol~(-1)·K~(-1)在40℃,pH=8.0,I=0.1mol·L~(-1),trans-[(en)_2(NO_2)Co(O_2CC_5H_4N)]~(2 )/[Fe(CN)_5(H_2O)]~(3-)反应体系前驱双核配合物分子内电子转移速率常数为7.0×10~(-5)s~(-1).最后讨论了分子轨道对称性,两金属中心氧化还原电势差等因素对电子转移速率的影响.     

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。     

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。     

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.     

Synthesis Optimization of SSZ-13 Zeolite Membranes by Dual Templates for N2/NO2 Separation

High-silica SSZ-13 zeolite membranes are promising in industrial separations of light gases and continuous membranes are highly demanded for better separation performances. Herein, pure-phase, continuous and thin SSZ-13 zeolite membranes were synthesized using dual templates of N,N,N-trimethtyl-1-adamantammonium hydroxide(TMAdaOH) and tetraethylammonium hydroxide(TEAOH). Systematical investigations of TMAdaOH/TEAOH ratios and their concentrations show that TMAdaOH acts as the main structure-directing agent in the formation of the SSZ-13 zeolite. TMAdaOH cooperatively plays with TEAOH in promoting the SSZ-13 crystal intergrowth to form a continuous polycrystalline membrane. Additionally, appropriate introduction of TEAOH is able to adjust the membrane thickness to the crystal-comparable size of ca. 2.0 μm. The SSZ-13 membranes are further applied for N₂/NO₂separation, which is firstly reported on zeolite membranes. The gas permeation results show that the SSZ-13 membrane synthesized by the dual-template approach exhibits selective separation of N₂ over NO₂ with N₂/NO₂ separation factor of 7.6 and N₂ permeance of 1.66×10^-8 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1.     

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.     

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.     

NO2、H2O和N2对碘荧光的猝灭

核燃料后处理工业产生的废气中的129I2被排到大气中会造成严重的环境污染,因此迫切需要一种简便、快速而又足够灵敏的检测方法．中子活化分析法的检测极限可达4·0×107mole／cm3[1],虽然其灵敏度可满足要求,但因耗时长无法用于实时监测·激光诱导荧光法（LIF）是一种选择性好且灵敏度高的方法,已被广泛用于痕量物质的测定．该方法用于测定微量碘也已有报道[2,3],Goles等[3]用单模CW激光在580nm波长激发碘分子,用光子计数检测,测定纯129I2检测极限为2×109mole／cm3．但LIF法的最大缺点是荧光的猝灭会使检测灵敏度显著下降．Atsu…     

二维材料膜在气体分离领域的最新研究进展

Two-dimensional (2D) materials, led by graphene, have emerged as nano-building blocks to develop high-performance membranes. The atom-level thickness of nanosheets makes a membrane as thin as possible, thereby minimizing the transport resistance and maximizing the permeation flux. Meanwhile, the sieving channels can be precisely manipulated within sub-nanometer size for molecular separation, such as gas separation. For instance, graphene oxide (GO) channels with an interlayer height of about 0.4 nm assembled by external forces exhibited excellent H₂/CO₂ sieving performance compared to commercial membranes. Cross-linking was also employed to fabricate ultrathin (< 20 nm) GO-facilitated transport membranes for efficient CO₂ capture. A borate-crosslinked membrane exhibited a high CO₂ permeance of 650 GPU (gas permeation unit), and a CO₂/CH₄ selectivity of 75, which is currently the best performance reported for GO-based composite membranes. The CO₂-facilitated transport membrane with piperazine as the carrier also exhibited excellent separation performance under simulated flue gas conditions with CO₂ permeance of 1020 GPU and CO₂/N₂ selectivity as high as 680. In addition, metal-organic frameworks (MOFs) with layered structures, if successfully exfoliated, can serve as diverse sources for MOF nanosheets that can be fabricated into high-performance membranes. It is challenging to maintain the structural and morphological integrity of nanosheets. Poly[Zn₂(benzimidazole)₄] (Zn₂(bim)₄) was firstly exfoliated into 1-nm-thick nanosheets and assembled into ultrathin membranes possessing both high permeance and excellent molecular sieving properties for H₂/CO₂ separation. Interestingly, reversed thermo-switchable molecular sieving was also demonstrated in membranes composed of 2D MOF nanosheets. Besides, researchers employed layered double hydroxides (LDHs) to prepare molecular-sieving membranes via in situ growth, and the as-prepared membranes showed a remarkable selectivity of ~80 for H₂-CH₄ mixture. They concluded that the amount of CO₂ in the precursor solution contributed to LDH membranes with various preferred orientations and thicknesses. Apart from these 2D materials, MXenes also show great potential in selective gas permeation. Lamellar stacked MXene membranes with aligned and regular sub-nanometer channels exhibited excellent gas separation performance. Moreover, our ultrathin (20 nm) MXene nanofilms showed outstanding molecular sieving property for the preferential transport of H₂, with H₂ permeance as high as 1584 GPU and H₂/CO₂ selectivity of 27. The originally H₂-selective MXene membranes could be transformed into membranes selectively permeating CO₂ by chemical tuning of the MXene nanochannels. This paper briefly reviews the latest groundbreaking studies in 2D-material membranes for gas separation, with a focus on sub-nanometer 2D channels, exfoliation of 2D nanosheets with structural integrity, and tunable gas transport property. Challenges, in terms of the mass production of 2D nanosheets, scale-up of lab-level membranes and a thorough understanding of the transport mechanism, and the potential of 2D-material membranes for wide implementation are briefly discussed.     

Pore size control and gas permeation kinetics of silica membranes by pyrolysis of phenyl-substituted ethoxysilanes with cross-flow through a porous support wall

A silica membrane was produced by chemical vapor deposition using tetraethoxysilane (TEOS), phenyltriethoxysilane (PTES) or diphenyldiethoxysilane (DPDES) as the Si source. Amorphous silica was deposited in the mesopores of a γ-alumina film coated on a porous -alumina tube, by evacuating the reactant through the porous wall. Hydrogen permeance at a permeation temperature of 600°C was of the order of 10⁻⁷ mol m⁻² s⁻¹ Pa⁻¹, and was not greatly dependent on the Si sources. The silica membrane produced using TEOS contained micropores permeable to both helium and hydrogen, but CO₂ and larger molecules were only slightly permeated through those mesopores which were left unplugged. The silica membrane produced from DPDES showed a single-component CO₂ permeance equivalent to that of single-component He, and CO₂/N₂ selectivity was approximately 9 at a permeation temperature of 30°C. When a mixture of CO₂ and N₂ was fed, however, CO₂ permeance decreased to the level of N₂ permeance. The H₂/N₂ selectivity, determined from single-component permeances to H₂ and N₂, was approximately 100, and these permeances remained unchanged when an equimolar mixture of H₂ and N₂ was fed. Thus, the DPDES-derived membrane possessed two types of micropores, abundant pores through which helium and hydrogen permeated and a small number of pores in which molecules of CO₂ and N₂ were permeable but not able to pass one another. Neither meso or macropores remained in the DPDES membrane.