连续ZIF-8膜制备及在氢气分离中的研究进展

ZIF-8膜是一种新型的金属有机框架材料纳米多孔材料。由于其独特的蜂窝状多孔结构以及优良的热稳定性和化学稳定性,近年来在气体分离领域得到了广泛应用。ZIF-8膜的孔径介于氢气和其他气体(如氮气、甲烷等)的动力学直径之间,使其特别适合用于氢气的分离。本文综述了连续ZIF-8膜的制备方法,重点介绍了近十年来有代表性的原位生长法、二次晶种法、表面修饰法和一些特殊的制备方法。整理并比较了这些方法所制备的连续ZIF-8膜的氢气分离性能以及各方法的优缺点。同时,对原位生长法、二次晶种法和表面修饰法的合成机理进行了详细总结。此外,还简要讨论了未来的研究方向和挑战。

原位法合成有取向无过渡区域的MFI分子筛膜

采用原位法在多孔α-Al2O3载体表面合成出连续覆盖且b轴取向的MFI分子筛晶种层,进一步在较温和的条件下进行二次生长,获得了b、a-轴取向的膜层,厚度约为3μm。通过控制合成液的nH2O/nSi比值,可以调节凝胶粒径大小,使其无法渗透到载体孔内,可以避免膜层与载体之间过渡区域的形成。与国内外现有合成方法比较,采用原位水热法合成晶种层并进一步进行二次生长得到分子筛膜的合成路线简单、易行,同样可以达到控制分子筛膜层晶体取向和微观结构的目的。

预置纳米MOF-5晶种二次生长法合成MOF-5膜

以Zn(O2CCH3)2为锌源采用溶剂热法合成了纳米级金属有机骨架MOF-5晶体,并以此为晶种预置在多孔-αAl2O3载体的表面以形成连续的晶种层,再利用二次生长法制备出超薄且连续的MOF-5晶体膜。实验结果表明:以Zn(O2CCH3)2为锌源所制得的MOF-5晶体能保持了MOF-5的立方体形貌且具有较高的结晶度和比表面积,晶体的颗粒大小均一,尺寸集中在500～800nm范围内,仅以Zn(NO3)2为锌源制得的MOF-5晶体粒径的1/100;以这种纳米级MOF-5为晶种所制得的晶种层的厚度较薄(～4μm)且具有较好的分散性和连续性;经过二次生长后可以得到连续生长的晶体膜。该晶体膜的XRD的特征衍射峰与MOF-5晶粒的特征衍射峰完全相符,这说明膜层上的MOF-5晶体是以无定形方式生长的;SEM照片显示所得的MOF-5晶体膜上的晶体粒径较小且大小均一、晶粒间连接紧密且无明显裂痕,晶膜层生长连续而无明显的裂痕;本文所制得的MOF-5晶体膜层非常薄,厚约为6μm,是目前公开报道的最薄MOFs膜。

结晶助剂在铝酸钠溶液种分过程中的作用机理

为了了解结晶助剂(CGM)在铝酸钠溶液种分过程中的作用机理,研究CGM对二次成核和附聚过程的影响。通过对粒度分布及扫描电镜(SEM)照片的对比,探讨CGM对分解过程的影响。研究结果表明:在二次成核过程中,添加微量CGM的溶液中一开始会形成大量的二次成核,但是,这些二次成核细粒子会被立即吸附到晶种表面或者快速附聚而形成大孔隙的聚合体,从而使得二次成核的细粒子数量减少;在附聚过程中,添加微量CGM有助于提高附聚阶段的黏结过程,形成结实的块状六角几何形状的附聚体;添加CGM可以有效地减少磨损时颗粒的破裂,从而形成完全黏结的附聚物。

二次生长法合成沸石膜技术的研究进展

沸石悬浮液的制备和在载体上涂晶种是二次生长法合成沸石膜中的两个关键因素,尤其涂种过程有利于控制膜的厚度和定向生长,引领着二次生长法合成沸石膜技术的发展方向.对二次生长法合成沸石膜过程中常用涂种方法,如浸涂法、直接打磨法、喷涂法、旋转涂膜法、静电吸附法和脉冲激光沉积法进行了详细的评述.另外,也对几个新的涂种方法,如真空法和电泳沉积法进行了简要介绍.

多孔SiC陶瓷微孔道内合成Silicalite-2分子筛膜

榉木经高温热解转化为生物碳模板,通过液相渗硅反应工艺制备了保持木材微观结构的多孔SiC陶瓷.在生物形态多孔SiC陶瓷载体上采用原位沉积晶种-二次生长法在其微孔道内壁形成了一层5μm厚的Silicalite-2分子筛膜.利用XRD,SEM和BET对复合材料的相组成、微观结构和比表面积进行了表征,研究了水热晶化温度对原位沉积晶种和二次生长成膜的影响.经原位沉积(120℃,36h)晶种涂层后在载体孔道表面形成了一层球形颗粒堆积的连续晶种层,经170℃,36h的二次生长,晶种不断长大并交织生长形成连续致密单层分子筛膜.在多孔SiC陶瓷微孔道中沿垂直于载体表面方向形成了一层对齐排列的Silicalite-2棒状晶体,颗粒生长主要沿晶体的最长轴[101]方向进行.Silicalite-2/SiC复合孔结构材料的微孔体积为0.013cm3/g,BET比表面积为43.2m2/g,而相应的分子筛负载量为9.5%.

支撑沸石分子筛膜的研究进展

支撑沸石分子筛膜具有优良的择形分离与催化性能,且具有耐高温、抗化学侵蚀性强及机械强度高等特点,在膜分离和膜反应中的应用前景广阔;此类无机膜还可作为原子簇和超分子化合物的纳米组装基体,在制备具有特殊功能的光学和电化学材料等方面具有潜在的重要用途。本文综合评述了支撑分子筛膜的研究进展,阐述了支撑分子筛膜的水热合成方法(包括原位合成法和晶种法)及定向生长机理,讨论了最具开发潜力的A型和MFI型支撑沸石膜的合成条件及其与膜结构的关系,提出了需要进一步解决的问题和今后的主要研究方向。

国内外原位生长柱状晶增韧氧化铝陶瓷研究的现状

总结了国内外柱状晶增韧氧化铝陶瓷的技术,详细的介绍了各种添加剂、不同晶种及其引入方式对氧化铝原位生长柱状晶的影响,分析了柱状晶的生长机制,阐述了柱状晶增韧氧化铝陶瓷的途径与方法。

多晶沸石膜的研究进展

介绍了原位生长法和次生长法生成多晶沸石膜、气体透过性、膜的微观结构和吸附诱导结构的变化对分离性能的影响,多晶沸石膜对气体和液体分离扩展到纳滤和脱盐等方面的研究进展,对其性能的提高和应用作了展望。

新型助剂在铝酸钠溶液种分过程中的性能研究

研究了一种新型助剂在铝酸钠溶液种分过程中对溶液分解率及产物氢氧化铝附聚、二次成核的影响,对其强化铝酸钠溶液分解的机理进行了探讨,并结合XRD、SEM与激光粒度分析仪对氢氧化铝晶型、晶体形貌与粒径进行分析。平行对比试验结果表明:新型助剂可以强化分解过程,相对于空白样可提高分解率5.12%,优势明显;该助剂的使用未改变产物氢氧化铝的晶型,促进了颗粒之间的交互生长,增强了附聚能力,粗化了粒径,减少了二次成核以及提高了颗粒的抗破裂能力。新型助剂较工业结晶助剂使用后,平均粒径提高了6μm。结合种分放大试验验证,认为该新型助剂在氧化铝工业上具有很好的应用前景。