PDMS接枝共聚物改性PVDF膜的制备及其膜蒸馏性能研究

采用自由基聚合法制备了PDMS接枝共聚物（PMMA-g-PDMS）,并用PDMS接枝共聚物对聚偏氟乙烯（PVDF）膜进行疏水改性,使用傅立叶红外光谱仪、毛细管流动孔径分析仪、接触角测定仪和场发射电子显微镜对不同浓度改性的PVDF膜进行表征,并测试了其在直接接触式膜蒸馏（DCMD）中的分离性能。结果表明,经过PMMAg-PDMS改性后,膜的通量、疏水性和截留性有所提高,稳定性大幅提升。当PMMA-g-PDMS浓度为8%时,膜的静态接触角由118.68°增加至157.47°,在以温度为70℃,质量分数3.5%的NaCl溶液为进料液的DCMD实验中,改性膜的通量由基膜的11.28 kg/（m²·h）提高至15.44 kg/（m²·h）,通量衰减降低了35%.     

热处理蔗渣纤维素/PVA复合膜的制备及性能研究

为提高纯蔗渣纤维素膜的包装性能,通过热处理和氢键作用制备性能优良的蔗渣纤维素/聚乙烯醇(PVA)复合膜。对复合膜的结构、力学性能、阻隔性、耐水性等进行综合表征分析。结果表明,经过170℃热处理后,含4%PVA的蔗渣纤维素复合膜的综合性能最佳。由于纤维素与PVA之间氢键以及热处理后醚键的共同作用,复合膜拉伸强度与断裂伸长率分别达到了52.83 MPa和26.32%,相比纯纤维素膜分别提高了约33%和500%。PVA的引入使得复合膜的氧气透过率[0.75×10^-14 cm³·cm/(cm²·s·Pa)]相比纯纤维素膜[3.6×10^-14 cm³·cm/(cm²·s·Pa)]降低了5倍。此外,复合膜的力学性能与透氧性能对高湿度的敏感性较低,表明其有良好的耐水性。综合分析表明,复合膜在食品包装材料方面,具有潜在的应用前景。     

含有MCM-41分子筛的混合基质复合膜用于CO2分离

为了提高CO₂分离膜的性能,将接枝了氨基的MCM-41分子筛(MCM-NH₂)添加到聚乙烯基胺(PVAm)水溶液中配制涂膜液,并将PVAm-MCM-NH₂涂膜液涂覆到聚砜(PSf)超滤膜上制备PVAm-MCM-NH₂/PSf混合基质复合膜。复合膜分离层较薄,有利于CO₂渗透速率的提高。接枝的胺基提高了分子筛与聚合物的相容性和膜内胺基含量,有利于膜渗透选择性能的提高。使用CO₂/N₂混合气(15% CO₂ + 85% N₂,体积分数)考察了不同MCM-NH₂添加量的PVAm-MCM-NH₂/PSf膜的渗透选择性能。当涂膜液中m_MCM-NH2/m_PVAm为0.2、湿涂层厚度为50 μm,测试温度为22℃ 、进料气压力为0.11 MPa时,膜的CO₂渗透速率可达4.66×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1,CO₂/N₂分离因子可达150。较高的CO₂/N₂分离性能表明PVAm-MCM-NH₂/PSf膜在烟道气碳捕集领域具有良好的应用前景。此外,考察了湿涂层厚度、热处理、添加小分子胺等条件对膜渗透选择性能的影响。     

功能化碳纳米管/SMANa/聚醚砜导电分离膜的制备及性能

为改善聚醚砜(PES)导电分离膜的相容性和分离性能,将碱处理的苯乙烯-马来酸酐共聚物(SMANa)和功能化碳纳米管按照不同质量比与PES共混,使用非溶剂诱导相分离法成功制备功能化碳纳米管/SMANa/聚醚砜导电分离膜,对分离膜的结构、形貌和分离性能进行测试。结果表明：通过碱处理苯乙烯-马来酸酐共聚物,成功制备具有良好分散性的SMANa。当功能化碳纳米管添加量为6 g时,导电分离膜的电阻率达到2.929 97×10⁴Ω·cm,纯水渗透通量达到1 188.1 L/(m²·h),而对牛血清蛋白(BSA)的截留率为91.46%。在通入30 V电压后,导电分离膜对刚果红、甲基蓝染料渗透通量分别达到584 L/(m²·h)和480 L/(m²·h),截留率均达到99.99%。     

改性污泥炭/TiO2/PVP/PVDF超滤膜的制备及其性能测试

采用铁离子改性污泥炭(Fe₃O₄/SAC磁质炭)、二氧化钛(TiO₂)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为添加剂进行聚偏氟乙烯(PVDF)膜的改性，并对共混膜的各项性能进行测试和表征。结果表明，当TiO₂和Fe₃O₄/SAC磁质炭质量分数分别为0.15%、0.2%时，膜的综合性能最佳。此时，接触角为48.5°,纯水通量为124 3.43 L/(m²·h),牛血清蛋白截留率为95.21%。     

纳米ZnO/纤维素纳米晶/聚乙烯醇复合膜的制备及性能

采用球磨法制备的纤维素纳米晶(CNC)及市售纳米ZnO对聚乙烯醇(PVA)进行改性,改善了PVA膜的力学性能,并且,赋予其抗菌性,测试复合膜的力学性能、水蒸气透过性能及抗菌性能。结果表明,加入CNC后,提高了PVA膜的力学性能和阻湿性能,加入纳米ZnO后,复合膜对金黄色葡萄球菌具有一定的抗菌性能,并且,能进一步提高复合膜的拉伸强度,但是,降低了复合膜的阻湿性能。当CNC的添加量为3%、纳米ZnO∶CNC=2∶1(摩尔比)时,复合膜综合性能较好,拉伸强度为73.7 MPa,与纯PVA膜相比,提高了77.2%;断裂伸长率为3.8%,与纯PVA膜相比,提高了46.1%;水蒸气透过系数为3.44×10^-13 g·cm/(cm²·s·Pa),与纯PVA膜相比,提高了11.7%。     

表面膜层对镀锡板表面张力及印铁缩孔的影响

针对镀锡板与涂料的表面张力不匹配所导致的缩孔问题,采用达因笔检测镀锡板表面张力,并进行印铁测试,以观察缩孔情况,还通过热重分析与X射线光电子能谱研究了镀锡板表面油膜、钝化膜与氧化膜在印铁环境中的变化。结果表明：油膜对镀锡板表面张力与印铁缩孔有一定影响,当涂油量由2 mg/m²增加至6 mg/m²时,表面张力由29 mN/m降低至27 mN/m,出现印铁缩孔;钝化膜在3～7 mg/m²范围内对镀锡板表面张力与印铁缩孔无直接影响;氧化膜对镀锡板表面张力与印铁缩孔有明显影响,当氧化膜量增加到1.99 mC/cm²时,表面张力降至27 mN/m,出现印铁缩孔。预烘烤可使表面DOS油提前挥发,且能使氧化膜中不稳定的SnO转化为稳定的SnO₂,有利于避免印铁缩孔问题。     

离子液体支撑液膜的CO2/CH4分离性能

由于离子液体对CO₂具有较好的溶解选择性,离子液体支撑液膜分离CO₂越来越受到关注。比较了含3种不同阴离子的常规离子液体([bmim][BF₄]、[bmim][PF₆]、[bmim][Tf₂N])作为支撑液膜的液膜相分离CO₂/CH₄的性能,考察了咪唑环上烷基链长对离子液体支撑液膜性能的影响。考虑向离子液体中引入胺基和羧基等亲CO₂基团,制备了1-丁基-3-甲基咪唑丙氨酸离子液体([bmim][β-Ala]),考察了 [bmim][β-Ala]支撑液膜分离CO₂/CH₄的性能,并对在CO₂渗透测试前后的支撑液膜进行了FT-IR分析,发现氨基酸离子液体中的-NH₂和CO₂的较强作用以及该离子液体的高黏性影响了CO₂的透过性,使[Bmim][β-Ala]支撑液膜的CO₂透过率低。     

碱法水热-偶联剂强化改性粉煤灰及表面性能研究

采用碱溶液水热处理和接枝硅烷偶联剂方法对粉煤灰进行表面改性,以提高其在聚合物基体中的界面相容性。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、红外光谱（FT-IR）和接触角测试等方法表征粉煤灰微观形貌、组成及表面性能。氢氧化钠浓度由0 mol/L提至4.0 mol/L时,粉煤灰表面呈花瓣状多级结构,生成分子筛类复盐Na₆（AlSiO₄）₆·4H₂O,比表面积由12.2 m²/g提高至46.4 m²/g,反应活性位点增多,有利于接枝硅烷偶联剂,提高与聚合物的界面相容性。     

聚乙烯醇 /改性氧化石墨烯阻隔涂层的制备及性能研究

为研制高阻隔性能的聚乙烯醇涂层,选用氨基磺酸盐化合物对氧化石墨烯（GO）进行化学改性制备改性氧化石墨烯（SGO）,与聚乙烯醇（PVA）溶液共混制备了聚乙烯醇 /改性氧化石墨烯纳米复合膜及纳米复合涂层（PET基材）。探究了 SGO的结构变化及对复合膜力学性能的影响,以及不同含量的 SGO（20%~80%）对 PVA/SGO复合涂层阻水阻氧性能的影响。结果表明：氨基磺酸盐化合物成功改性并插入 GO层间; SGO的加入增强了复合膜的拉伸强度;复合涂层具有良好的有序排列结构,这种结构降低了 PET的水蒸气透过率和氧气透过量,当 SGO含量为 80%时, PET的水蒸气透过率和氧气透过量都达到最低,为 6. 99 g/（m²·d）和 0. 33 cm³（/ m²·24 h·0. 1 MPa）,同时在高湿度下复合涂层也保持较低的氧气透过量。     

GO-TSC/聚酰亚胺混合基质膜的制备及气体分离性能研究

使用氨基硫脲（TSC）对氧化石墨烯（GO）进行改性,制备GO-TSC层状复合材料。随后,将该复合材料加入到Matrimid^®5218（PI）基质中,制备用于二氧化碳分离的混合基质膜（MMMs）。通过TGA、SEM及气体分离性能测试考察了GO-TSC对膜热稳定性、结构和气体分离性能等的影响。SEM结果显示GO-TSC可均匀分散在聚合物基质上并与基质紧密结合;TGA结果显示混合基质膜在250 ℃以上仍保持稳定。与纯PI膜相比,MMMs显著增强了二氧化碳的渗透性。GO-TSC中所含的氨基与二氧化碳具有良好的亲和力,增加的碱性位点可以有效地转运二氧化碳。GO-TSC的层状结构增加了气体的传输路径,不利于大动态直径气体（甲烷、氮气）的通过,从而提高了分离性能。GO-TSC负载量为0.75%（质量分数）时混合基质膜的分离性能最佳。相比较纯PI膜,混合基质膜的二氧化碳渗透系数和二氧化碳/甲烷、二氧化碳/氮气分离系数分别提高了42.16%、95.79%和83.72%。     

玉米淀粉/TiO2纳米复合薄膜制备与性能

以玉米淀粉为基质,结合纳米Ti O₂,通过超声分散采用流延法制备了可生物降解的淀粉/Ti O₂纳米复合薄膜,研究了纳米Ti O₂对薄膜拉伸性能、阻隔性能及抗菌活性的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)和X射线衍射仪(XRD)对复合膜的微观形貌和结构进行了表征。结果表明,淀粉/Ti O₂纳米复合膜中Ti O₂与淀粉分子间存在缔合作用,含适量Ti O₂的复合膜组分之间有良好的相容性,与淀粉膜相比,纳米复合膜的拉伸性能和水蒸气阻隔性能得到有效改善,含0.8%Ti O₂(质量分数,下同)的纳米复合膜拉伸强度为7.54 MPa,比淀粉膜提高了53.9%,水蒸气透过系数为5.50×10^-5 g/(mm·d),较淀粉膜降低了23.5%,该复合膜同时表现出较好的紫外线隔离性能及抗菌活性。     

Efficient MgO-doped CaO sorbent pellets for high temperature CO2 capture

Novel MgO-doped CaO sorbent pellets were prepared by gel-casting and wet impregnation. The effect of Na⁺ and MgO on the structure and CO₂ adsorption performance of CaO sorbent pellets was elucidated. MgO-doped CaO sorbent pellets with the diameter range of 0.5-1.5 mm exhibited an excellent capacity for CO₂ adsorption and adsorption rate due to the homogeneous dispersion of MgO in the sorbent pellets and its effects on the physical structure of sorbents. The results show that MgO can effectively inhibit the sintering of CaO and retain the adsorption capacity of sorbents during multiple adsorption-desorption cycles. The presence of mesopores and macropores resulted in appreciable change of volume from CaO (16.7 cm³∙mol⁻¹) to CaCO₃ (36.9 cm³∙mol⁻¹) over repeated operation cycles. Ca2Mg1 sorbent pellets exhibited favorable CO₂ capture capacity (9.49 mmol∙g⁻¹), average adsorption rate (0.32 mmol∙g⁻¹∙min⁻¹) and conversion rate of CaO (74.83%) after 30 cycles.     

Tuning porosity of coal-derived activated carbons for CO2 adsorption

A simple method was developed to tune the porosity of coal-derived activated carbons, which provided a model adsorbent system to investigate the volumetric CO₂ adsorption performance. Specifically, the method involved the variation of the activation temperature in a K₂CO₃ induced chemical activation process which could yield activated carbons with defined microporous (< 2 nm, including ultra-microporous < 1 nm) and meso-micro-porous structures. CO₂ adsorption isotherms revealed that the microporous activated carbon has the highest measured CO₂ adsorption capacity (6.0 mmol∙g^–1 at 0 °C and 4.1 mmol∙g^–1 at 25 °C), whilst ultra-microporous activated carbon with a high packing density exhibited the highest normalized capacity with respect to packing volume (1.8 mmol∙cm⁻³ at 0 °C and 1.3 mmol∙cm^–3 at 25 °C), which is significant. Both experimental correlation analysis and molecular dynamics simulation demonstrated that (i) volumetric CO₂ adsorption capacity is directly proportional to the ultra-micropore volume, and (ii) an increase in micropore sizes is beneficial to improve the volumetric capacity, but may lead a low CO₂ adsorption density and thus low pore space utilization efficiency. The adsorption experiments on the activated carbons established the criterion for designing CO₂ adsorbents with high volumetric adsorption capacity.     

乙醇胺捕集燃煤烟气二氧化碳工艺模拟

有机胺法是最有效的燃煤烟气二氧化碳（CO₂）捕集技术之一。使用Aspen plus模拟乙醇胺（MEA）捕获烟气CO₂的过程,先进行单独的吸收塔与再生塔模拟,在单独系统模型收敛的基础上,再进行吸收-解吸的综合模拟。在入塔烟气流量为8.22 m³/min、CO₂物质的量分数为0.18、MEA流量为2 311.3 kg/h、MEA物质的量分数为0.12条件下,MEA捕集燃煤烟气中CO₂的模拟结果: CO₂脱除率为69.3%,净化气中CO₂物质的量分数为5.33×10^-2,再生塔顶再生气中CO₂物质的量分数为0.956,基本达到了设计要求。此为更深入地开展胺法吸收CO₂的研究提供了依据。     

氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41对CO2吸附分离的分子模拟

构建了氨基修饰微孔/介孔复合材料AM-5A-MCM-41的全原子模型,采用巨正则Monte Carlo（GCMC）方法研究了它的CO₂吸附分离性能,采用加权混合规则来描述氨基和CO₂分子的弱化学作用。模拟结果表明,CO₂分子优先吸附在复合材料介孔表面的氨基附近,CO₂纯气体的吸附量和吸附热有了显著提高,而N₂的吸附量和吸附热则基本不受影响。对于CO₂和N₂的混合气分离,由于复合材料对CO₂的弱化学吸附作用,显著提高了CO₂吸附量和吸附选择性,在573 K和100 kPa时CO₂/N₂的选择性达到了87.0。通过分子模拟研究可以从微观角度了解CO₂在氨基修饰的微孔/介孔复合材料中的吸附分离的细节和机理,为实验设计和合成高效CO₂吸附剂提供指导。     

微波辅助二次生长法合成SAPO-34分子筛膜与关键影响因素

采用微波辅助二次生长法在α-Al₂O₃载体上合成了SAPO-34分子筛膜，并将其应用于CO₂/CH₄分离。通过扫描电镜、X射线衍射和傅里叶变换红外光谱等表征方法，系统考察了加热方式、晶种粒径、老化时间和晶化时间对SAPO-34分子筛膜表面形貌和结构的影响。实验结果表明，以0.4 μm分子筛作为晶种，在老化24 h，然后微波加热晶化4 h后可制备出厚度约为1.5 μm的致密、无缺陷SAPO-34分子筛膜，其平均CO₂/CH₄分离因子和CO₂渗透率分别达到81和6.6×10^-7 mol·m^-2·s^-1·Pa^-1，制备方法可靠，重复性高。     

PEO/聚吡咯中空纳米微球混合基质膜的制备及其CO2渗透分离性能

采用壳层具有介孔结构的聚吡咯中空纳米微球作为填料，和聚氧化乙烯单体共混自由基聚合制备了混合基质膜。结果表明，聚吡咯微球与基质相容性较好，未见明显团聚现象和缺陷。混合基质膜的渗透系数随填料含量的增加先增大后减少，在0.5%处达到最大值，CO₂渗透系数增长31%；CO₂/N₂分离系数有所降低，CO₂/CH₄分离系数则变化不大。研究表明，由于聚合物链段对微球壳层的介孔填充，气体在膜内的扩散系数不升反降，渗透系数的提高主要是由于溶解度系数的变化，而这也导致了溶解选择性的变化，进而影响了分离系数。     

Preparation and gas permeation of composite carbon membranes from poly(phthalazinone ether sulfone ketone)

Composite carbon membranes were prepared from poly(phthalazinone ether sulfone ketone) (PPESK) by incorporating with polyvinylpyrrolidone (PVP) or zeolite (ZSM-5) through stabilization and pyrolysis processes. The thermal stability of composite polymeric membranes was measured by thermal gravimetric analysis. The resultant composite carbon membranes were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction and gas permeation technique, respectively. The results illustrated that the thermal stability of composite polymeric membranes was enhanced by addition of ZSM-5 or reduced by PVP. For ZSM-5 or PVP composite carbon membranes prepared at 650 °C, the O₂ permeability is 199.70 Barrer or 124.89 Barrer, and the O₂/N₂ selectivity is 10.3 or 4.2, respectively. Compared with carbon membranes from pure PPESK, the O₂ permeability of ZSM-5 or PVP composite carbon membranes increases by 18.5 or 11.6 times, together with the O₂/N₂ selectivity decreasing by 35.2% or 73.6%, respectively. The gas separation mechanism of composite carbon membranes is molecular sieving. Adsorption effect also plays a significant role for CO₂ permeating through ZSM-5 composite carbon membranes.