氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺混合基质膜及其渗透汽化性能

以聚乙二醇（PEG-400）为还原剂,AgNO₃为前驱体,采用浸渍-还原法合成氧化石墨烯-Ag纳米粒子（GO-AgNP）复合物,再通过共混法制备氧化石墨烯-Ag纳米粒子/聚酰亚胺（GO-AgNP/PI）混合基质膜,用于苯/环己烷混合物的渗透汽化分离。使用透射电子显微镜、红外吸收光谱、拉曼光谱、热失重以及X射线光电子能谱等分析表征GO-AgNP复合物、GO-AgNP/PI混合基质膜的形貌和结构;探讨了Ag掺杂量对GO-AgNP复合物的结构以及GO-AgNP/PI混合基质膜的结构和渗透汽化性能的影响。结果发现,Ag⁺被还原形成AgNP的同时,GO失去了部分含氧官能团;Ag掺杂破坏了GO的结构,使其无序度增加,但改善了GO-AgNP复合物在混合基质膜中的分散性,提升了GO-AgNP/PI混合基质膜的苯/环己烷渗透汽化性能。然而过量的Ag掺杂将使GO片层上产生Ag粒子团聚,从而降低混合基质膜的渗透汽化性能。当Ag掺杂量为15%时,GO-AgNP/PI混合基质膜渗透汽化性能最佳,渗透通量为1 404 g·m^-2·h^-1,分离因子可达36.2。     

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.     

MOF-聚合物混合基质膜的制备、改性及其在渗透汽化中的应用

渗透汽化是一种具有能耗低、操作简便等优点的膜分离技术,目前传统聚合物渗透汽化膜在分离性能和稳定性等方面还有欠缺。金属有机框架(MOF)是由金属离子与有机配体以自组装形式组建而成的晶态多孔材料,具有独特的性质,如对目标分子的选择性吸附和分子筛分效应,近年来许多研究表明将MOF作为填料引入聚合物基质中构筑混合基质膜(MMMs)对其渗透汽化性能有很好的促进作用。本文从MOF的不同系列出发,讨论了适用于渗透汽化混合基质膜的MOF种类,分析了MOF-聚合物混合基质膜的制备方法与改性策略,综述了该类混合基质膜在渗透汽化方面(有机溶剂脱水、从稀溶液中回收有机物、有机混合物的分离)的应用进展,总结了用于渗透汽化的MOF-聚合物混合基质膜研究面临的挑战,并对其未来发展提出展望。     

一种可溶性聚酰亚胺的合成及其渗透汽化脱有机硫化物性能测试

由3,3′,4,4′-二苯醚四甲酸二酐(ODPA)和3,3′-二甲基4,4′二氨基二苯甲烷(DMMDA)二胺为单体,利用低温溶液缩聚化学亚胺化法合成了ODPA DMMDA聚酰亚胺.利用FT IR、NMR与DSC等手段对聚酰亚胺的结构进行了表征;研究了其溶解性能、耐热性能和力学性能.结果表明,此聚酰亚胺可溶于DMF、DMAc等极性溶剂;玻璃化转变温度为264℃,其10%的热分解温度为521℃;断裂强度为137MPa;断裂伸长率为18%.采用相转化法将其制成非对称膜,采用扫描电子显微镜(SEM)观察内部结构,在渗透汽化脱硫实验中,对噻吩有良好的选择透过性能.350K时,硫富集率为3.68,渗透通量为0.92kg m2h.     

金属有机骨架材料/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能

合成了3种不同结构、 粒径和气体吸附性能的金属有机骨架材料(MOFs): 微米级Cu₃(BTC)₂、 亚微米级ZIF-8和S-Cu₃(BTC)₂. 氮气吸附等温线分析结果表明, ZIF-8和Cu₃(BTC)₂具有较大比表面积(1653和1439 m²/g), S-Cu₃(BTC)₂的比表面积为171.4 m²/g. 用共混法将MOFs直接引入聚酰亚胺中制备了MOFs/聚酰亚胺混合基质膜(MMMs). X射线衍射(XRD)和全反射红外光谱(FTIR-ATR)分析结果表明, MOFs在混合基质膜中保持物理和化学稳定. 气体渗透测试结果表明, MOFs的加入使膜的气体渗透分离性能明显提高, S-Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了1.75倍; ZIF-8和Cu₃(BTC)₂使渗透系数增加了3倍左右; 同时, 膜的气体分离系数变化很小.     

过氯乙烯膜渗透汽化性能的研究

将过氯乙烯（ＣＰＶＣ）作为渗透汽化膜材料，用于分离乙醇／水溶液，研究了膜对水和乙醇的吸附溶解性能，对乙醇／水溶液的分离性能，分离温度对膜分离性能的影响。发现过氯乙烯膜优先透水，对乙醇／水溶液选择性高而透量较小。膜的稳定性较好。     

氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备及其SERS效应研究

近年来,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料由于其优异的表面增强拉曼散射（SERS）性能引起了人们极大的关注,在污染物检测、化学传感和癌症诊断等领域具有重要的应用价值。本文综述了氧化石墨烯片层上修饰金银纳米粒子、氧化石墨烯包覆金银纳米粒子、氧化石墨烯附着在金银纳米粒子层三种氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的制备方法,对其SERS效应进行了详细介绍。SERS研究表明,结合了金银纳米粒子与氧化石墨烯两种材料各自在SERS研究与应用中的优势,氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料的SERS性能比单纯金银纳米粒子更加优异。氧化石墨烯在其中起到了化学增强、分子富集、钝化保护、荧光猝灭的重要作用。氧化石墨烯/金银纳米粒子复合材料在表面增强拉曼光谱中具有广阔的应用前景。     

有机液体优先透过渗透汽化膜及其过程

本文回顾了近０年来有机液体优先透过渗透汽化膜的研究与发展状况。包括各种欲分离体系及膜材料的选择、膜的渗透汽化特征表征、影响膜分离性能的各种因素，以及近年来有机液体优先透过ＰＶ膜的一些研究成果。     

高性能silicalite-1分子筛膜的合成及其渗透汽化性能

采用两步原位水热合成法在新型多孔二氧化硅陶瓷管上成功合成出高性能的silicalite-1分子筛膜, 60℃时乙醇/水的分离系数达到了84, 透量达到了0.56 kg/(m²·h). 利用扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征; 研究了不同合成条件对silicalite-1分子筛膜乙醇/水分离性能的影响. 实验结果表明, 在相同的合成条件下, 利用甘油-水的混合溶液填充陶瓷管载体后, 可以提高膜的平均透量约26%. 多次活化结果表明, 二氧化硅载体上合成的分子筛膜以活化速率4℃/min升温到400℃并活化5 h, 仍然保持原来的分离选择性. 由此说明, 二氧化硅载体更适合高性能silicalite-1分子筛膜的制备.     

聚酰亚胺中空纤维膜用于甲醇/甲基叔丁基醚的分离

甲醇／甲基叔丁基醚混合物的膜法分离，大多采用渗透汽化方法，少有采用蒸汽渗透法。用聚酰亚胺中空纤维膜，对以蒸汽渗透和渗透汽化两种方式分离甲醇／甲基叔丁基醚混合物（甲醇质量分数为0．01－0．30）的效果进行了对比。结果显示，在甲醇质量分数低于0．05时，蒸汽渗透较渗透汽化法的分离性能优越。     

NaA分子筛膜的制备及其渗透蒸发性能

采用喷涂法在多孔α-Al2O3载体上制备了NaA分子筛膜(M),其结构和形貌经SEM和XRD表征。对M的渗透蒸发性能进行了研究,结果表明:喷涂时间和晶种浓度是影响M渗透蒸发性能的关键因素。在喷涂时间为30 s,晶种浓度为1 wt%的最佳条件下制备的M,在348 K时对90 wt%乙醇的渗透通量为2.64kg·m-2·h-1,分离因子>10 000。     

碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H2SO4/HNO3混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH),再通过与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,4-丁二醇(BDO)的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯(MWCNT-COOH/PU)杂化膜。利用傅里叶红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)和透射电子显微镜(TEM)等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNTCOOH/PU杂化膜的形貌和CO2、N2渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比(ID/IG)有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO2、N2渗透性及CO2/N2渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管(H-MWCNT-COOH)填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO2渗透系数为67.8 Barrer,CO2/N2渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO2渗透性及CO2/N2的渗透选择性。     

碳纳米管/聚氨酯杂化膜的原位聚合构建及气体渗透性能

采用H₂SO₄/HNO₃混酸处理得到不同氧化程度的多壁碳纳米管（MWCNT-COOH）,再通过与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、1,4-丁二醇（BDO）的预聚和扩链反应构建碳纳米管/聚氨酯（MWCNT-COOH/PU）杂化膜。利用傅里叶红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）和透射电子显微镜（TEM）等分析表征多壁碳纳米管结构;探讨了多壁碳纳米管氧化程度和填充量对MWCNT-COOH/PU杂化膜的形貌和CO₂、N₂渗透性能的影响。结果表明,混酸处理后的多壁碳纳米管带有一定的含氧基团,并随氧化程度的提高,多壁碳纳米管的拉曼光谱G峰和D峰的强度之比（I_D/I_G）有所增大;氧化程度对多壁碳纳米管在溶剂和杂化膜中的分散性有较大影响,氧化程度越高,分散性越好;杂化膜的CO₂、N₂渗透性及CO₂/N₂渗透选择性随多壁碳纳米管氧化程度的增加有所增大,而随多壁碳纳米管填充量的增加表现出先增大后减小的趋势,当氧化程度较高的多壁碳纳米管（H-MWCNT-COOH）填充量为1.0wt%时,H-MWCNT-COOH/PU杂化膜的CO₂渗透系数为67.8Barrer,CO₂/N₂渗透选择性可达45,表明适量填充MWCNT-COOH能显著提高MWCNT/PU杂化膜的CO₂渗透性及CO₂/N₂的渗透选择性。     

莫来石管上丝光沸石膜的合成与渗透汽化性能

采用不添加有机模板剂、配比为n_(Na_2O):n_(Al_2O_3):n_(SiO_3):n_(H_2O)=0.25:0.015～0.1:1:15～60溶胶,在涂有晶种的多孔莫来石管上水热合成出了丝光沸石膜。制备的膜经XRD和SEM表征。考察了合成时间、硅铝比、水硅比和硅源等因素对膜生长及其性能的影响。合成时间的延长有利于丝光沸石c轴方向的优先生长,然而优先取向生长膜层并未提高膜在水/乙醇分离体系中的渗透通量和选择性。优化条件下合成的膜具有较高的渗透汽化性能,在348 K、水/乙醇(10/90,W/W)混合溶液中的渗透通量和分离因子分别为0.70 kg·m~(-2)·h~(-1)。和860。基于XRD和SEM表征结果,高的渗透汽化性能可归结于在莫来石支撑层与较为疏松的表面晶体层之间形成的致密中间层。     

渗透汽化膜处理含酚废水

用四种不同结构的聚二甲基硅氧烷及其改性有机硅膜分离舍酚废水.研究了分离温度、酚浓度以及不同种类酚对透过速率及分离系数的影响。结果表明聚合物中有机硅成份的含量对透过速率及分离系数均有较大影响。渗透汽化法分离含酚废水是一个有前途的方法。     

T型分子筛膜的合成、表征与渗透汽化性能

采用二次生长法,在不锈钢、α-Al₂O₃和莫来石多孔管状支撑体上分别合成了高渗透汽化性能的T型分子筛膜。考察了合成条件如合成时间、n(SiO₂)/n(Al₂O₃)、n(H₂O)/n(Al₂O₃)和硅源等对T型分子筛膜形成和分离性能的影响。通过XRD和SEM表征了膜的晶相和形貌。     

微孔PI气体分离膜的研究进展

自具微孔材料(PIMs)由于自身刚性分子链的扭曲折叠等会产生高比表面积的微孔结构,相应的膜材料具有优异的气体分离性能。将刚性扭曲的结构单元引入到聚酰亚胺(PI)主链中就得到自具微孔PI。微孔型PI是近年来发展的一种新型PI,其微孔结构使得PI膜的气体分离性能得到很大提升,其中气体渗透系数的提升尤为显著,且保持了传统PI良好的热稳定性、化学稳定性及高力学强度等性质。本文重点介绍了微孔PI以及基于微孔PI复合膜的最新研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。