改进的颗粒溶胶工艺制备高性能ZrO2-TiO2复合纳滤膜

以水为溶剂,采用改进的颗粒溶胶工艺,通过溶胶制备参数的调控优化,制备得到平均粒径为3 nm的ZrO₂-TiO₂复合颗粒溶胶。采用浸浆法,在平均孔径为5 nm的管式α-Al₂O₃底膜上,经过一次涂膜制备得到完整无缺陷的ZrO₂-TiO₂复合纳滤膜。ZrO₂-TiO₂复合纳滤膜的平均膜厚约为200 nm,纯水渗透率约为23 L·m^-2·h^-1·(0.1 MPa)^-1,对PEG的截留分子量为600。在pH 3,压力0.9 MPa的条件下,该膜对低浓度的Co²⁺、Sr²⁺、Cs⁺的截留率分别达到99.6 %、99.2 %和75.5 %。     

用于燃烧前CO2捕集的微孔Nb2O5膜的制备及其水热稳定性能

以五正丁氧基铌为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备出稳定的Nb₂O₅聚合溶胶,详细考察了溶胶制备过程参数(体系酸度、水解比、反应温度、反应时间和螯合剂用量)对溶胶尺寸、稳定性以及制备重复性的影响。采用平均粒径为4.8 nm的Nb₂O₅溶胶,通过浸浆法在平均孔径为3 nm的γ-Al₂O₃中孔膜上制备出Nb₂O₅微孔膜。利用TG、XRD、NH₃吸附-脱附、CO₂吸附、吡啶吸附傅里叶变换红外光谱(Py-IR)和单组分气体渗透实验等手段对Nb₂O₅粉体及微孔膜的性能进行了表征,结果表明:在200℃、0.3 MPa条件下,350℃烧成的微孔Nb₂O₅膜对H₂的渗透率和H₂/CO₂的理想分离因子分别为3.1×10^-9 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1和21。此外,微孔Nb₂O₅膜经150 kPa的水蒸气处理8 h后,膜的渗透性能以及H₂/CO₂理想选择性基本保持不变。     

GO/Al2O3复合纳滤膜的制备及其稳定性能研究

以平均孔径为20 nm的Al₂O₃管式超滤膜为载体，经多巴胺改性后，利用压力驱动沉积法成功制备出能在水溶液中长期稳定的GO/Al₂O₃复合纳滤膜，并通过改变负载量实现了对GO层厚的调控。结果表明，随错流时间的延长，不同GO负载量下GO/Al₂O₃复合纳滤膜的纯水渗透系数均呈现先降低后稳定的趋势。且随着GO负载量的增加，稳态纯水渗透系数逐渐降低；当GO负载量增加到90 mg/m²后，GO/Al₂O₃复合纳滤膜对一二价盐的渗透系数与截留率均无显著变化。同时，由于盐测试过程中残余的盐离子在GO片层间产生了交联作用，从而导致随着在纯水中存放时间的延长，不同GO负载量的GO/Al₂O₃复合纳滤膜对一二价盐的截留率均呈上升趋势。GO负载量为140 mg/m²的GO/Al₂O₃复合纳滤膜在水中浸泡680 h后对1 mmol/L Na₂SO₄的截留率可达到91.0%。GO/Al₂O₃复合纳滤膜对四种一二价盐的截留率满足：R(Na₂SO₄) > R(MgSO₄) > R(NaCl) > R(MgCl₂)。     

TiO2-Al2O3复合粉体的制备及光催化性能

Al₂O₃陶瓷膜在过滤染料废水过程中容易被染料大分子堵塞,导致Al₂O₃陶瓷膜水通量下降。以钛酸丁酯、异丙醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Ti(OH)₄-AlOOH复合溶胶,经450 ℃烧成获得TiO₂-Al₂O₃复合粉体。以SEM、纳米粒度/电位仪作为主要表征手段,研究了不同Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比对复合溶胶粒径分布的影响,进而探究TiO₂-Al₂O₃复合粉体的光催化性能。结果表明,Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比为0~0.4时,随着Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比的增大,胶粒的平均粒径从67.5 nm减小到34.0 nm,Ti(OH)₄-AlOOH复合溶胶的电位从43 mV升高至53 mV。当Ti(OH)₄和AlOOH摩尔比为0.4时,复合粉体对结晶紫的去除率高达79.3%,反应速率常数增大到了0.018 min^-1。TiO₂-Al₂O₃复合粉体制备的陶瓷膜能有效降解表面沉积的大分子,解决了陶瓷膜堵塞的问题。     

干燥温度对氧化石墨烯-乙二胺/Al2O3复合纳滤膜性能的影响

在经过多巴胺（PDA）预处理的氧化铝陶瓷膜上制备出乙二胺（EDA）交联的氧化石墨烯（GO）复合纳滤膜（GO-EDA/Al₂O₃膜）,解决了界面和层间稳定性问题。并提出一种可简单调控GO层间距的方法,即通过改变膜管的干燥温度改变GO纳米片上羟基的数量,达到调控GO层间距的目的,从而在保证较高盐截留性能的前提下提升GO-EDA/Al₂O₃膜的纯水渗透性能。结果表明,干燥温度为40℃制备的GO-EDA/Al₂O₃膜,其分离层厚度约50～120 nm,纯水渗透率达34 L/（m²·h·MPa）,对Na₂SO₄的截留率达87.8%。膜在纯水中浸泡680 h后其性能基本保持稳定。     

α-Al2O3小孔径超滤膜低温制备与性能研究

α-Al₂O₃以低廉的价格与优秀的性能成为制备陶瓷膜的经典材料,然而α-Al₂O₃需高温驱动相变,高温会导致晶粒的过度生长与孔隙的聚结,这不利于超滤膜的制备。为制备具有高选择性的α-Al₂O₃小孔径超滤膜,采用聚合溶胶路线,通过调节溶胶合成参数影响其热处理过程中的结构转化以促进α-Al₂O₃的低温制备。在950℃下煅烧的前驱体完全转变为α-Al₂O₃。通过考察涂膜时间提升膜面完整性并采用该热处理条件制备了具有超薄分离层的α-Al₂O₃超滤膜。该膜展现出良好的分离与渗透性能,并具有较好的重复性,截留相对分子质量约为75 kDa,渗透率约为250 L·m^-2·h^-1·bar^-1。     

氨基化氧化石墨烯界面聚合制备超薄复合纳滤膜

采用氨基化氧化石墨烯（NGO）为界面聚合水相单体,制备了超薄复合纳滤膜。研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）表征了NGO以及复合纳滤膜的化学组成和形貌。系统考察了水相单体浓度、有机相单体浓度对于制备的超薄复合纳滤膜性能的影响。该超薄复合膜在低压（0.2 MPa）下纯水通量可达27.8 L·m^-2·h^-1,对小分子染料有较高的截留率（甲基橙截留率74.8%,橙黄钠截留率96.0%,刚果红截留率98.5%,甲基蓝截留率99%）,对于无机盐的截留率较低（Na₂SO₄截留率21.4%,MgSO₄截留率10.7%,NaCl截留率5.3%,MgCl₂截留率1.5%）,展现出优异的染料/盐分离性能。同时制备的复合纳滤膜展现了较好的长周期稳定性以及抗污染特性。     

ZrO2-TiO2复合纳滤膜在模拟放射性废水中的应用

核工业、核研究及医疗等过程会产生大量的放射性废水,会对环境和生物体造成严重伤害,必须经过合适的处理后才能排放。采用高性能陶瓷纳滤膜处理模拟放射性废水,考察了跨膜压差、pH和离子浓度等操作参数对Co²⁺和Sr²⁺截留性能的影响,并对操作参数进行了优化。所用陶瓷纳滤膜材料为ZrO₂-TiO₂复合材料,截留分子量为500,纯水渗透率为270 L·m^-2·h^-1·MPa^-1。研究表明,陶瓷纳滤膜对Co²⁺和Sr²⁺两种离子的截留率随着跨膜压差的升高而增大,膜的渗透通量随着跨膜压差的增大呈线性增加。pH变化时,截留率在一定pH范围内先降低后升高,在等电点（pH=7）附近达到最小值;pH=3的情况下,两种离子的截留率均达到最高,Co²⁺和Sr²⁺的截留率均在99%以上,而纳滤膜渗透通量保持稳定。离子截留率和渗透通量均随进料浓度的增大而减小,在2000 min的连续循环操作过程中,陶瓷纳滤膜材料的渗透通量及其对Co²⁺和Sr²⁺的截留率均维持在较高水平。陶瓷纳滤膜在放射性废水处理方面展现出了良好的应用前景。     

Al2O3@TiO2复合生物载体的制备及其BSA吸附特性

通过钛酸盐和氧化钛溶胶两种制备途径在氧化铝（Al₂O₃）支撑体外包覆介孔氧化钛（TiO₂）层,分析了这两种途径制备的氧化钛表面结构与性质的差异及其对于BSA蛋白吸附性能的影响。以粒径分别为0.37、10.4和21.8 mm的三种氧化铝支撑体作为基材,用XRD、Raman分析了两种路径制备的氧化钛晶型均为锐钛矿相;N₂吸脱附分析其比表面积均在（100±10）m²·g^-1,两者具有相似的介孔结构。FESEM分析发现钛酸钾溶胶制备的氧化钛的形貌受到支撑体孔径的影响。对于在牛血清蛋白（BSA）吸附实验中,钛酸钾溶胶法包覆的20 mm粒径复合载体（SP20@K-TiO₂）吸附量为22.18 mg·g^-1,高于相同条件下氧化钛溶胶制备的Al₂O₃@TiO₂复合载体。SP20@K-TiO₂ 中TiO₂吸附量为150.88 mg·g^-1,相比于TiO₂粉体,复合载体中TiO₂对BSA蛋白吸附的性能得到提升。     

基于胺基改性纳米SiO2的有机-无机杂化纳滤膜制备与性能

以聚醚砜纳滤膜为基膜，采用胺基改性纳米SiO₂掺杂树状聚酰胺-胺(PAMAM)作为水相改性剂制备了一类有机-无机复合纳滤膜。通过条件优化实验确定较佳界面聚合条件为有机相单体w(均苯三甲酰氯)=0.5%、w(PAMAM)=0.3%、w(SiO₂)=0.3%、处理时间90 s、处理温度80℃。在该条件下，纳滤膜对无机盐的截留率为67.3%、通量为31.3 L/(m²·h),对模拟污水的分离性能优于采用未改性纳米SiO₂制备的有机-无机复合纳滤膜。制备的纳滤膜对4种模拟矿化污水的截留顺序为Na₂SO₄>KCl>CaCl₂>MgCl₂。     

以正硅酸乙酯和1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷为前驱体制备微孔SiO2复合膜及其气体分离性能

This paper reports on ¬¬¬a new microporous composite silica membrane prepared via acid-catalyzed polymeric route of sol-gel method with tetraethylorthosilicate (TEOS) and a bridged silsesquioxane [1, 2-bis(triethoxysilyl)ethane, BTESE] as precursors. A stable nano-sized composite silica sol with a mean volume size of ~5 nm was synthesized. A 150 nm-thick defect-free composite silica membrane was deposited on disk support consisting of macroporous α-Al2O3 and mesoporous γ-Al2O3 intermediate layer by using dip-coating ap-proach, followed by calcination under pure nitrogen atmosphere. The composite silica membranes exhibit molecular sieve properties for small gases like H2, CO2, O2, N2, CH4 and SF6 with hydrogen permeances in the range of (1-4)107 mol•m2•s1•Pa1 (measured at 200 C, 3.0×105 Pa). With respect to the membrane calcined at 500 C, it is found that the permselectivities of H2 (0.289 nm) with respect to N2 (0.365 nm), CH4 (0.384 nm) and SF6 (0.55 nm) are 22.9, 42 and >1000, respectively, which are all much higher than the corresponding Knudsen values (H2/N2 3.7, H2/CH4 2.8, and H2/SF6 8.5).     

Gas separation using sol-gel derived microporous zirconia membranes with high hydrothermal stability☆

A microporous zirconia membrane with hydrogen permeance about 5 × 10?8 mol·m?2·s?1·Pa?1, H2/CO2 permselectivity of ca. 14, and excellent hydrothermal stability under steam pressure of 100 kPa was fabricated via polymeric sol–gel process. The effect of calcination temperature on single gas permeance of sol–gel derived zirconia membranes was investigated. Zirconia membranes calcined at 350 °C and 400 °C showed similar single gas permeance, with permselectivities of hydrogen towards other gases, such as oxygen, nitrogen, methane, and sulfur hexafluoride, around Knudsen values. A much lower CO2 permeance (3.7 × 10?9 mol·m?2·s?1·Pa?1) was observed due to the interaction between CO2 molecules and pore wall of membrane. Higher calcination tem-perature, 500 °C, led to the formation of mesoporous structure and, hence, the membrane lost its molecular siev-ing property towards hydrogen and carbon dioxide. The stability of zirconia membrane in the presence of hot steam was also investigated. Exposed to 100 kPa steam for 400 h, the membrane performance kept unchanged in comparison with freshly prepared one, with hydrogen and carbon dioxide permeances of 4.7 × 10?8 and~3 × 10?9 mol·m?2·s?1·Pa?1, respectively. Both H2 and CO2 permeances of the zirconia membrane de-creased with exposure time to 100 kPa steam. With a total exposure time of 1250 h, the membrane presented hydrogen permeance of 2.4 × 10?8 mol·m?2·s?1·Pa?1 and H2/CO2 permselectivity of 28, indicating that the membrane retains its microporous structure.     

TiO_2-SiO_2复合氧化物载体的pH值和焙烧温度对催化剂的辛烷异构化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备TiO_2-SiO_2复合氧化物载体,通过超声浸渍法制备Ni O和WO3改性负载的Ni O-WO3/TiO_2-SiO_2催化剂,考察不同p H值和焙烧温度条件下制备的载体对催化剂辛烷异构化性能的影响。结果表明,制备的Ni O-WO3/TiO_2-SiO_2催化剂呈多孔结构,平均孔径约5 nm,平均晶粒尺寸(10~20)nm。以焙烧温度500℃和p H=2条件下制备的TiO_2-SiO_2为载体,制得的催化剂比表面积达322.51 m2·g-1,在辛烷异构化反应中,正辛烷转化率为28.3%,选择性85.1%。     

双峰孔分布Al_2O_3载体的研究

采用两种不同孔径分布的拟薄水铝石干胶粉,制备呈明显双峰孔分布的Al2O3载体。考察原料粉体、孔结构调节剂种类和用量以及焙烧温度等对Al2O3载体的孔分布的影响,并采用N2物理吸附法和高压压汞法分析载体孔结构。结果表明,两种干胶粉按质量1∶1混合时,能改变单一粉体的堆积状态,制得载体兼具单一原料制备载体时的孔分布,孔容达到最大,为1.58 cm3·g-1,且孔径分布集中在(10~100)nm和300 nm以上;加入不同孔结构调节剂后,对载体孔径分布调节作用相似,孔径分布更为集中;添加质量分数5%尿素后,(10~100)nm孔径分布达到62.1%;载体的比表面积随尿素含量增加依次降低,适量添加调节剂可制得所需最佳孔径分布;载体在约920℃焙烧时,晶型为γ相和δ相的混合相。     

用废弃煤矸石制备高比表面积的SiO2-Al2O3二元复合气凝胶

以兖州煤矸石为原料,经过低温焙烧、酸浸除杂、碱熔活化,采用溶胶-凝胶法和真空干燥法制备完整的块状SiO₂-Al₂O₃二元复合气凝胶。通过X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、氮气吸附等检测手段对原料、SiO₂-Al₂O₃气凝胶及其制备过程中得到的中间产物的物理、化学特性进行表征,研究SiO₂-Al₂O₃凝胶的形成机制。实验结果表明,煤矸石经过酸浸除去了大部分的铁、钾、碱土金属等杂质。在经过碱熔活化后,煤矸石主要组分石英和高岭石均转化为非晶态,反应活性提高。制备得到的SiO₂-Al₂O₃气凝胶是以Si-O-Si、Si-O-Al网络结构为骨架的非晶态纳米颗粒聚集体,其堆积密度0.37 g·cm^-3,比表面积483 m²·g^-1,比孔容1.87 cm³·g^-1,平均孔径10.29 nm,最可几孔径9.32 nm,具有较好的介孔特征。     

Synthesis of Nanoparticulate Silica Composite Membranes by the Pressurized Sol–Gel Technique

A crack-free silica composite membrane has been synthesized from a nanoparticulate silica sol (particle diameter <10 nm) by a pressurized sol–gel coating technique developed in this study. The microporous silica layers with an estimated pore radius of 0.78 nm were deposited inside the pores (average pore size of 0.1 μm) of slip cast a-alumina support tubes. The microstructure of the coated layer was controlled by adjusting sol properties and pressurizing conditions. The room-temperature intrinsic permeability of N₂ through the silica membrane layer after heat treatment at 200°C is about 4.9 × 10⁻¹² mol·m/m²·s· Pa, and the mechanism of gas transport is Knudsen flow. The thermal stability of the silica composite membrane is excellent up to 500°C.