两步晶化制备高性能a&b取向T型沸石膜

采用廉价的大孔α-Al₂O₃作为载体, 通过二次晶种诱导+两步变温水热合成工艺, 成功制备出薄而致密的高性能T型沸石膜。该方法能够充分发挥晶种的诱导成核作用, 通过改变两阶段水热晶化温度和时间来控制晶种外延生长和晶体生长方向, 最终获得了连续、无缺陷的a&b取向T型沸石膜。实验过程中详细考察了第一阶段的晶化温度、晶化时间以及第二阶段的晶化温度对沸石膜表面结构和性能的影响, 并将最优两步晶化条件下制备的膜用于90wt%的异丙醇/水渗透汽化分离, 在75 ℃下膜的通量为3.84 kg·m ^-2·h ^-1, 分离因子大于10000。     

静电直写聚偏氟乙烯纤维膜结构设计及应用

以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜聚合物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)/丙酮为混合溶剂制得纺丝液,采用静电直写技术制备了具有规整孔结构的PVDF多孔纤维膜。通过AutoCAD设计了不同膜孔间距的孔形貌,研究了溶剂组成对PVDF纺丝液流变性能和纺丝成纤性能的影响。结果表明,挥发性丙酮的加入有效地降低了纺丝液黏度,同时也提高了PVDF纤维膜的固化速率,有利于静电直写纤维膜的固化成形。此外,当电场电压3.5 kV、接收距离10 mm、挤出速率0.25 mL/h,直写5层时,所得PVDF纤维膜具有较好的规则孔形状和球晶次级结构。通过扫描电镜、静态水接触角、力学性能、渗透通量等测试分析,当设置孔间距为0.3 mm,所得PVDF纤维膜静态水接触角为117°,用于油水分离通量达1111.08 L/(m~2·h)(高10 cm油水自身质量),分离效率高于98%。     

部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明：PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360～450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m²·h)(跨膜压差：0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.     

稀释剂种类对聚偏二氟乙烯多孔膜性能的影响

以聚偏二氟乙烯(PVDF)为原料,邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和二苯甲酮(DPK)为稀释剂,通过不同的相分离机理(固-液相分离或液-液相分离)制备了不同结构和性能的多孔膜.建立了聚合物/稀释剂体系的二元相图,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、孔隙率和水通量测试、差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)对多孔膜的结构和性能进行表征.研究结果表明:由PVDF/稀释剂体系制备的多孔膜断面结构主要为表面带有微孔的球粒.PVDF/DPK体系在PVDF含量为20 wt％、0℃水浴冷却的条件下获得了双连续结构的多孔膜,其孔隙率和水通量优于同体系其它多孔膜.PVDF多孔膜的结晶度随稀释剂含量的增大而增大,随冷却介质温度的升高而增大.PVDF多孔膜的晶型为α晶型,该晶型不随聚合物含量和冷却介质温度发生变化.     

碳包覆改性二氧化锰电极材料的制备和性能

先以高锰酸钾(KMnO₄)和硫酸锰(MnSO₄·H₂O)为原料用电脉冲辅助氧化还原法制备二氧化锰(MnO₂)粉末,再以葡萄糖(C₆H₁₂O₆)为碳源用液相烧结法制备出不同碳包覆量的MnO₂/C复合材料,研究了碳包覆量对材料的形貌、结构和电化学性能的影响。结果表明,碳的加入使MnO₂晶型由γ型转变为α型,葡萄糖加热分解后生成无定型的碳覆着在二氧化锰颗粒的表面,抑制了晶粒生长而使晶粒细化。充放电测试结果表明,在葡萄糖浓度为1.5 g/L、电流密度为2 A·g^-1条件下二氧化锰的比电容为722.2 F·g^-1。与包覆二氧化锰前比较,包覆后比电容提高了64.6%。经过4000圈充放电循环后电容保持率为74.72%,表现出良好的电容特性和循环性能。     

调控Al2O3晶型控制MgAl2O4:Mn4+荧光粉中Mn价态研究

Mn⁴⁺激活红光荧光粉是白光半导体发光二极管(wLEDs)领域当前研究热点之一。Mn⁴⁺离子²E→⁴A₂跃迁在铝酸盐中的最短发光波长是在MgAl₂O₄中实现的651 nm发光, 由于其结构中含有形成四面体或八面体配位的两种阳离子格位(Mg²⁺/Al³⁺), 易造成所掺杂锰元素存在多种价态(+2/+4/+3等)。本研究通过改变起始原料中Al₂O₃的晶型(γ/α比例)及退火处理来调控锰离子在MgAl₂O₄晶格中的占据格位, 对其主要存在价态实现调控。采用荧光光谱和紫外-可见-近红外漫反射光谱技术来表征所合成荧光粉中Mn离子的价态及其演变。研究发现, 高α/(α+γ)比铝源促进Mn²⁺形成, 而低α/(α+γ)比铝源促进Mn⁴⁺形成。通过使用高活性纳米γ-Al₂O₃为铝源, 有效抑制了锰离子在MgAl₂O₄中Mg²⁺格位的占据及Mn²⁺离子的形成, 经空气中1550 ℃保温5 h的一次高温热处理即可制备出在可见光区只有Mn⁴⁺红光发光的高纯高亮度MgAl₂O₄:Mn⁴⁺荧光粉。氧化铝晶型影响锰离子掺杂格位和掺杂价态的本质规律是: 氧化铝活性决定实际固溶掺杂反应步骤, 进而影响锰离子掺杂格位和价态。本研究提出的反应步骤调控作为反应气氛、电荷补偿剂、反应温度三种调控方法外的一种新方法, 为Mn⁴⁺激活铝酸盐荧光粉中锰离子掺杂价态调控提供了新思路。     

添加聚合物中间层对NaA分子筛膜的合成与性能的影响

采用浸涂法涂敷晶种,并通过二次生长法在α-Al₂O₂中空纤维外壁制备了NaA分子筛膜,考察了添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）中间层对成膜和膜分离性能的影响.采用扫描电镜（SEM）对膜的表面形貌进行表征,通过75℃渗透汽化分离质量分数为90%的乙醇/水溶液表征膜层的分离性能.研究发现,采用浸涂法涂敷晶种,无PVP中间层制备的膜层对乙醇/水溶液的分离因子仅为3 000左右,而添加了PVP中间层制备的膜层的分离因子可超过10 000.考察了PVP添加量对膜通量的影响.研究发现,添加了PVP中间层制备的膜（其分离因子>10 000）的通量比无PVP中间层的膜（浸涂-滚擦法涂敷晶种,分离因子>10 000）的通量[7.83 kg/（m²·h）]低,且随着制备中间层的PVP溶液浓度的升高,膜的通量相应降低,当PVP质量百分浓度分别为1%,3%和5%时,膜的通量分别为7.35,5.82和5.51 kg/（m²·h）.     

Zn2SiO4-ZnO-生物炭复合物的制备及其可见光催化H2O2降解甲硝唑

以松木碱解液代替NaOH溶液作为锌盐沉淀剂, 采用水热法制备了Zn₂SiO₄-ZnO-生物炭三元复合材料(SOB-x-y, x代表松木粉的用量, y代表NaOH浓度), 通过不同手段对样品进行表征, 研究了光催化H₂O₂降解甲硝唑的性能。结果表明, 制备的催化剂由枣核状硅锌矿型Zn₂SiO₄介晶、多边形六方晶相ZnO和松木生物炭构成; 与纯六方晶相ZnO相比, 它具有更大的比表面积与孔容、更小的带隙能和更弱的荧光发射, 因而具有更好的光催化活性。Zn₂SiO₄-ZnO-生物炭对甲硝唑的光催化H₂O₂降解过程符合准一级动力学方程, 其催化活性随NaOH浓度的增大而提高, 随松木粉用量的增加先增加后减小, 以SOB-3-4的性能最优。SOB-3-4的速率常数(k)和降解率(η)随pH的降低而增大, 随H₂O₂浓度的升高而增大, 随催化剂用量的增加先增大后减小; 甲硝唑的降解率随其初始浓度的升高逐渐越低。当初始pH为3、催化剂用量为0.4 g/L、H₂O₂投加浓度为80 mmol/L及甲硝唑初始浓度为300 mg/L时, k为2.68×10 ^-2 min ^-1, 反应3 h后η达到99.70%。本研究结果对处理难降解制药废水提供了重要的实验依据。     

PVDF/PAA-b-PMMA-b-PAA超滤膜的结构调控和性能评价

采用可逆加成-断裂链转移自由基聚合(RAFT)合成了以聚丙烯酸(PAA)为亲水链段和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为疏水链段的两亲性三嵌段共聚物PAA-b-PMMA-b-PAA(PAMA),通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(~1HNMR)对聚合物进行了化学结构表征.然后以聚偏氟乙烯(PVDF)为成膜物质,PAMA为改性剂,利用非溶剂诱导相转化法制备了一系列PVDF/PAMA共混超滤膜.研究了PAMA含量对PVDF/PAMA膜的表面化学结构、微观形貌、亲水性、渗透性能以及抗污性能的影响.结果表明,当共混膜中PAMA含量增大时,PVDF/PAMA膜的表面孔密度、孔径和粗糙度均呈现不断增大的趋势.当共混膜中PAMA质量分数为18.2%时,纯水通量由未改性的PVDF膜的12.9 L/(m~2·h)增大至130.2 L/(m~2·h),BSA截留率为97.2%,通量恢复率高达97.5%.因此,PVDF/PAMA共混超滤膜的渗透性能和抗污性能有明显提高.     

陶瓷基金属有机框架MOF-801膜的制备及其性能

正渗透膜在分离领域方面展示出独特优势，发展高稳定的新型正渗透膜具有重要意义.提出了纳米晶种原位播种结合二次生长的制膜策略，制备了共生良好、高稳定的陶瓷基金属有机框架MOF-801纳米孔膜，采用扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD)和红外光谱对膜的形貌和结构进行分析表征，初步考察了以去离子水为进料液，1 mol/L NaCl溶液为汲取液条件下膜的正渗透性能.结果表明，在正渗透模式下，陶瓷基MOF-801膜不仅表现出高的水通量[13.9 L/(m²·h)],而且具有较低的比盐通量(0.61 g/L);在连续运行过程中，MOF-801膜渗透性能保持稳定.     

担载型中空纤维混合导体氧渗透膜的制备与性能研究

采用干湿法纺丝技术制备Sr_0.7Ba_0.3Fe_0.9Mo_0.1O_3-δ(SBFM)中空纤维支撑体, 以Nb₂O₅掺杂的SrCo_0.8Fe_0.2O_3-δ (SCFNb)为膜材料, 采用旋转喷涂结合共烧结技术制备出担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜。借助于XRD、SEM、热膨胀分析、透氧及膜反应性能测试等手段, 分别对样品的晶相结构、膜微观结构、支撑体与膜层的烧结行为、膜的氧渗透通量及膜反应性能进行了研究。结果表明, 膜层与支撑体的晶相结构仍保持钙钛矿主体相。支撑体具有单一海绵孔/指状孔结构, 膜厚为5 μm且致密无缺陷, 膜层与支撑体结合良好。在900℃时, 氧渗透通量达到0.74 mL/(cm²·min)。850℃下甲烷部分氧化膜反应稳定操作超过200 h, 稳态下氧渗透通量为4.5 mL/(cm²·min)。研究表明, 担载型SCFNb/SBFM中空纤维氧渗透膜具有较高的氧渗透通量, 同时具有良好的膜反应稳定性。     

凝固浴组分对双凝固浴法制备PVDF膜结构和性能的影响

在内外凝胶浴中添加不同含量的溶剂,采用双凝固浴法制备了PVDF/PVP/DMAc中空纤维膜.通过膜形貌扫描电镜( SEM)表征,纯水水通量和牛血清蛋白(BSA)截留率测试实验,分析评价了凝固浴中溶剂含量对PVDF中空纤维膜结构与性能的影响.结果表明,凝固浴中溶剂含量增大会导致皮层孔隙率增多,而对亚层结构的影响各不相同.膜的纯水渗透通量变化无明显规律性,但BSA截留率保持相对稳定.当内外凝固浴中溶剂体积分数分别为30％和70％时,膜内部大孔发育良好,亚层疏松多孔,水通量分别为270 L/(m2,h)和548 L/(m2·h),显示了良好的渗透性能.     

炭辅助的固态粒子烧结工艺制备多孔TiO2/不锈钢膜

提出了一种炭辅助的固态粒子烧结工艺, 可在大孔烧结金属载体表面直接制得无过渡层的多孔陶瓷膜。以纳米TiO₂为成膜粒子, 以大孔不锈钢滤管为载体, 以聚乙烯醇(PVA)为粘结剂, 采用浸渍提拉法在载体表面涂覆。考察了不同烧结气氛(氮气和空气)对陶瓷膜制备的影响。通过扫描电子显微镜、X射线衍射、热重分析和孔径测试对材料进行表征。实验发现, 试样在空气中烧结后膜层发生严重剥落, 而在氮气中烧结后膜层完整。这是由于PVA在氮气中高温碳化生成炭, 所形成的TiO₂和炭的混合结构削弱了因载体表面状况差和陶瓷—金属间热膨胀系数不匹配而引起的陶瓷层烧结应力。待陶瓷颗粒烧结后, 涂层中的炭经空气热处理脱除。所制备的多孔TiO₂/不锈钢膜的膜层厚度约10 μm, 平均孔径为0.21 μm, 室温下氮气通量为1.72 m³/(m²·h·kPa)。     

天然纤维粉体对PVDF/DMAc体系热力学及膜结构的影响

考察天然纤维粉体/聚偏氟乙烯(PVDF)/N,N-二甲基甲酰胺(DMAc)铸膜液热力学性质,采用浸没沉淀相转化法制备了天然纤维粉体/PVDF共混膜,表征了共混膜的结构和性质。结果表明,按照棉花粉体、羊毛粉体、无粉体的顺序,制膜体系越来越容易发生液固分相;并且棉花粉体/PVDF共混膜、羊毛粉体/PVDF共混膜、PVDF膜的孔隙率和水通量依次降低,结晶度依次增加,但膜形态一致,均为致密皮层和多孔亚层。共混膜性质的差异主要是由于纤维粉体亲水性的不同,添加亲水性较好的羊毛粉体的铸膜液成膜速度慢,而添加亲水性较低的棉花粉体的铸膜液成膜速度较快。     

Preparation and properties of supported 100% titania ceramic membranes

The complete titania membranes for both separation and in situ photocatalysis have been prepared on porous rutile support by dip-coating technique with an emphasis on the titania suspension stability and the sintering control. The characterizations demonstrate that the rheology and the dispersion of titania suspensions strongly depend on the specific interactions between the dispersant and the oxide surface. The results indicate that the sintering temperature not only evidently affects the membrane microstructure but also the photocatalytic activity. The anatase with good thermal stability is employed as membrane materials for the permission of photocatalytic activity and membrane structure quality. The prepared membrane demonstrates a pore size in the range of 0.10–0.12 μm and pure water permeability of 0.74 m³ m⁻² h⁻¹ bar⁻¹. Further evaluation of photocatalysis implies that the supported membrane might be applied in environmental protection.     

纳米TiO2共混改性PVDF复合膜的制备和性能

将锐钛矿TiO₂纳米颗粒共混于铸膜液中,用溶致相转换分离法制备了纳米TiO₂改性PVDF膜,并对复合膜的结构进行了表征,研究了TiO₂纳米粒子含量对复合膜性能的影响。结果表明,随着TiO₂纳米粒子含量的增加,复合膜的表面水接触角降低、亲水性提高,纯水通量逐渐增加（TiO₂浓度<8%）,复合膜对于蛋白质吸附量降低、膜的抗污染能力提高。当LiC1的浓度（质量分数,下同）为2%、PEG600的浓度为2%、PVDF的浓度为20%、TiO₂的浓度为5%-8%时,杂化膜的孔径大小均匀,TiO2颗粒负载于PVDF膜的骨架中。与PVDF膜比较,TiO₂/PVDF复合膜的亲水性提高、对蛋白质的吸附降低、抗污染能力增强。此复合膜对Cu（Ⅱ）表现出良好的吸附-脱附性能,在150 min内对Cu（Ⅱ）的吸附率为82.19%。     

纳米SiO2-氧化石墨烯/聚偏氟乙烯杂化膜的制备及特性

采用原位水解的方式制备了新型SiO₂-氧化石墨烯（GO）纳米杂化颗粒。选择GO、SiO₂、SiO₂-GO颗粒和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为添加剂,采用浸没沉淀相转化法分别制备了聚偏氟乙烯（PVDF）杂化膜。测定了PVDF杂化膜的纯水通量、膜面接触角、牛血清白蛋白（BSA）截留率和污染恢复率等参数。结果表明,SiO₂-GO/PVDF-PVP膜的接触角从78.4°减小到66.02°,膜的亲水性能有所提升。同时,SiO₂-GO/PVDF-PVP膜的纯水通量最大（1 018 L/（m²·h））,对BSA的截留率达到81.5%,污染恢复率达到了78.65%以上。新型SiO₂-GO纳米杂化颗粒协同PVP添加剂增强了PVDF超滤膜的水通量、污染物截留和抗污染特性等综合性能,为传统PVDF有机膜的改性提供了一种新方法。     

天然纤维粉体对聚偏氟乙烯多孔膜结构与性能的影响

采用溶液相转化法制备了羽绒粉体/聚偏氟乙烯（PVDF）和苎麻粉体/PVDF复合微孔膜,对膜结构和性能进行了分析和测试。结果显示苎麻粉体/PVDF复合膜、羽绒粉体/PVDF复合膜、纯PVDF膜的形态一致,均为致密皮层和多孔亚层,孔隙率和水通量依次降低,结晶度依次增加;但膜的吸水率按照羽绒粉体/PVDF复合膜、苎麻粉体/PVDF复合膜、纯PVDF膜依次下降;这说明复合膜水通量主要受孔隙率的影响,而膜吸水率主要受纤维粉体吸水性大小的影响。膜力学性能测试显示加入粉体之后,PVDF膜的强度增加,断裂伸长率有所下降。     

电纺制备聚丙烯腈/聚偏氟乙烯复合纤维膜及其空气过滤性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)为芯层,聚丙烯腈(PAN)为皮层,通过同轴法静电纺丝技术制备PAN/PVDF纳米复合纤维膜。通过向纤维膜的皮层中加入纳米硅粉、气相白炭黑、硅溶胶三种不同的纳米粒子和改变皮芯层溶液挤出速度对PAN/PVDF纳米纤维膜进行结构优化。同时,采用BET、SEM、水接触角、纤维强度仪等对纤维膜的孔结构参数、表面形貌、亲水性、力学性能等进行研究。结果表明:在皮层中加入硅溶胶后的溶液导电能力达到32.90 μL/cm,PAN/PVDF纤维膜力学性能最好,纵向断裂强度达到13.02 MPa。含有硅溶胶的口罩布的品质因子达到0.0236,远大于纯聚丙烯(PP)无纺布的品质因子(0.0127),过滤性显著提高。      

PVDF/SMA共混膜的制备与性能

通过马来酸酐和苯乙烯合成了苯乙烯/马来酸交替共聚物(SMA),并按不同质量比与聚偏氟乙烯(PVDF)共混,通过溶液相转化成膜法制备了PVDF/SMA共混膜。采用红外光谱、扫描电镜、膜通量测试等对不同铸膜液所形成膜的结构和性能进行了研究。结果表明,随着铸膜液中交替共聚物含量增大,所成膜及膜表面交替共聚物含量增大,膜孔尺寸增大,膜孔隙率升高,纯水通量增大,蛋白质截流能力下降,膜表面亲水性和耐蛋白污染能力增强。