具有梯度孔结构多孔陶瓷膜支撑体的制备

采用平均粒径为0.56μm的Al2O3为原料,研究了不同固相含量的Al2O3悬浮液的流变性能.在此基础上,采用含10%(质量分数,下同)Al2O3的悬浮液,通过重力沉降和真空抽吸过程,成功制备出具有梯度孔结构的片状Al2O3支撑体.对具有梯度孔结构支撑体的微观结构进行了表征,并研究了支撑体的孔隙率和渗透性能随烧成温度的...     

陶瓷膜通道相互作用的实验分析及CFD优化

提出陶瓷膜过滤时,通道之间存在3种效应关系（壁厚效应、干扰效应、遮挡效应）,并用实验进行了验证。对于多通道陶瓷膜构型的设计,要考虑3种效应。膜孔径小于200 nm的陶瓷膜,可以增大其通道的排布密度,通过提高装填密度可以提高单位体积的处理量;膜孔径大于500 nm的陶瓷膜,中间的通道对通量几乎没有贡献,提高装填密度意义不大。固定膜元件的外径,选取通道直径a_c和壁厚a_w,并设定两参数的比值为α,采用计算流体力学（CFD）软件进行模拟计算,获得了通量与处理量随孔径与α值的变化关系。     

清液体系中高性能T型沸石分子筛膜的合成

由摩尔组成为SiO2:Al2O3:Na2O:K2O:H2O=1:0.015:0.25:0.08:25的澄清溶液,在预涂晶种的管状莫来石支撑体上水热合成T型沸石分子筛膜.在高于100℃清液体系中合成出了高性能T型沸石分子筛膜.用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)仪和扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对150℃下合成35 h的分子筛膜进行了表征.XRD谱表明:T型沸石分子筛成功地生长在预涂晶种的支撑体上.支撑体的外表面覆盖着20 μm厚有取向的晶体层.从SEM照片判断,起到分离作用的是生长致密的中间层,而不是表层.在150℃下制备的膜,对水/乙醇、水/异丙醇混合物具有高渗透汽化分离性能.优异的渗透汽化性能归因于在涂有晶种的多孔支撑体上生长了一层高结晶度且缺陷较少的T型沸石分子筛晶体层.     

TiO2纳滤膜对重金属离子的截留性能

采用孔径为1.5 nm的TiO2纳滤膜,在压力0.4～0.8 MPa,pH值3～7的条件下,考察了膜对浓度范围为50～500 mg/L的Cu(NO3)2、Ni(NO3)2、ZnC12和CdC12四种单组份重金属溶液的截留性能.结果表明:除Cd2+外,膜对重金属离子的截留率随溶液浓度的增大先增大,当浓度达到200 mg/L后趋于稳定;升高压力膜的离子截留率会略有增加;当pH=6时,膜对Ni2+和Cd2+的截留率最低,而对Cu2+和Zn2+的截留率在pH=5～6时达到最高.TiO2膜对Cu2+、Ni2+、Zn2+和Cd2+的最高截留率分别可以达到96.9％、95.9％、92.5％和83.2％.     

Pd掺杂量对有机无机杂化SiO2膜H2/CO2分离性能和水热稳定性能的影响

以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体、PdCl₂为钯源, 制备Pd掺杂有机无机杂化SiO₂(POS)溶胶, 涂膜后在水蒸气氛围中煅烧, 制备得到POS膜。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、N₂吸附-脱附和透射电子显微镜(TEM)对POS粉体的微观结构进行表征。考察了钯/硅摩尔比(n(Pd/Si)=0.1、0.5和1)对POS膜的气体分离性能与水热稳定性能的影响。结果表明: 随着Pd掺杂量的增加, POS膜的H₂渗透率逐渐增大, H₂/CO₂的理想选择性逐渐下降。经100 kPa水蒸气处理180 h后, 采用n (Pd/Si)=1制备的POS膜的H₂渗透率达到1.62× 10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1, H₂/CO₂理想分离因子达到13.6, 表明该膜具有较好的H₂渗透性能、H₂/CO₂分离性能和水热稳定性能。     

2-乙基-2- 唑啉的阳离子开环聚合及聚合物的表征

以对甲苯磺酸甲酯为引发剂进行２乙基２唑啉阳离子开环聚合研究，主要考察了不同的单体／引发剂配比、聚合温度和聚合时间对聚合转化率和聚合物分子量的影响。聚合物通过ＩＲ、１Ｈ核磁共振、ＤＳＣ进行表征，并考察了聚（２乙基２唑啉）与部分聚合物和共聚物的共混性能。     

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。     

TiO_2中孔膜的制备及对Ni~(2+)的截留性能

以钛酸四异丙酯为前驱体,通过颗粒溶胶路线制备出平均粒径为41nm的TiO2溶胶,并以此溶胶制备出稳定的制膜液。采用浸浆法,经过一次涂膜和在400～600℃烧成,在平均孔径约为70nm的片状α-Al2O3支撑体上制备出完整无缺陷的截留分子量小于10000的TiO2中孔膜。考察了烧成温度对非担载TiO2粉末和TiO2中孔膜性能的影响。结果表明:在400℃烧成3h可制备出孔径为4.7nm的TiO2中孔膜,其对PEG的截留分子量为8150,在0.8MPa,20℃下,纯水渗透通量为30L/(m2·h),对pH=3的Ni(NO3)2溶液的截留率达到95.14%。     

低温烧成高纯Al_2O_3多孔陶瓷膜支撑体的制备

为了降低高纯Al2O3(α-Al2O3质量含量≥99%)多孔陶瓷膜支撑体烧成温度,以粒径为30μm的α-Al2O3为原料,分别添加TiO2和TiO2/Cu(NO3)2为烧结助剂,通过干压成型和挤出成型制备片状和管式多孔支撑体。Al2O3-TiO2和Al2O3-TiO2-CuO体系分别在高温下出现的液相低共熔物促进了多孔支撑体的烧结。当氧化铝支撑体中添加0.5%(摩尔分数,下同)TiO2+0.5%Cu(NO3)2后,在1600℃的烧成即可获得机械性能高、渗透性能好和耐酸碱腐蚀性能优异的管式支撑体。在压力为0.1MPa时,支撑体的水渗透通量为12.1m3/(m2·h),弯曲强度为44.5MPa。经过80℃,含10%(质量分数,下同)HNO3的溶液腐蚀800h及80℃,含10%NaOH的溶液1200h后,支撑体的质量损失率分别为1%和0.35%。     

Al2O3和SiC微滤膜的疏水改性及其油固分离性能研究

以正辛基三乙氧基硅烷和乙醇分别作为改性剂和溶剂,采用接枝聚合法对平均孔径为500 nm的Al₂O₃膜和SiC膜进行疏水改性,考察了改性剂浓度、改性液温度和改性时间对膜表面疏水效果的影响,并对比了疏水改性前后两种陶瓷膜的表面性质及疏水改性后的油固分离性能,进行了反冲实验和稳定性测试。结果表明,两种陶瓷膜材料在改性剂浓度为0.2 mol·L^-1,改性液温度为40℃,改性时间为12 h时,疏水改性效果最好,得到的疏水Al₂O₃膜和SiC膜的水接触角分别为134°±1°和140°±1°,经改性后的SiC膜的疏水效果优于Al₂O₃膜。在油固分离实验中,疏水Al₂O₃膜和SiC膜均对固体炭黑有良好的截留性能,但疏水改性对SiC膜的油品通量提升更为显著,两种膜的稳态通量分别为1134 L·m^-2·h^-1和1408 L·m^-2·h^-1。反冲操作对疏水SiC膜的通量恢复更有利。