有机-无机复合SiO2膜的制备及水蒸气稳定性能研究

以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷为前驱体,通过溶胶-凝胶法合成出稳定的纳米复合SiO2溶胶,采用浸浆法在具有γ-Al2O3/α-Al2O3结构的片状载体上涂膜,然后在N2气氛下烧成得到完整无缺陷的有机-无机复合SiO2膜.以TG/DSC、BET和气体渗透性能测试等手段对复合SiO2膜及粉体进行了表征.该膜对小分子气体(He、CO2、O2、N2、CH4和SF6)的分离表现出分子筛分效应,对He的渗透通量为(1.0～3.5)×10-7mol/(m2·s·Pa)(200℃,0.3MPa).500℃烧成的膜对He/CO2的理想分离因子为47,远远高于Knudsen扩散时He/CO2的理想分离因子(3.3).详细考察了烧成温度对膜水热稳定性的影响.结果表明:在450、500和550℃三个温度下烧成的膜水蒸气稳定条件(分压)分别为200、500和1000kPa。

微孔SiO2膜在水蒸气条件下的稳定性能

以正硅酸乙酯为前驱体,通过聚合溶胶路线制备出稳定的SiO2溶胶和制膜液,采用浸浆法,经过一次涂膜,在平均孔径约为3nm的γ-Al2O3中孔膜上制备出完整无缺陷的SiO2微孔膜,考察了烧成温度对SiO2粉末和SiO2微孔膜气体渗透性能的影响.结果表明,在400～800℃焙烧温度下制备的SiO2膜在200℃及0.3MPa条件下对He的渗透通量为(7.29～12.7)×10-7mol/(m2·s·Pa),600℃下烧成的膜的理想分离因子分别为98(He/CO2),49(He/O2),64(He/N2),79(He/CH4)和91(He/SF6),具有分子筛分效应.微孔SiO2膜在水蒸气条件下的稳定性能取决于膜的烧成温度,400,600和800℃烧成的膜的水蒸气稳定压力分别为8,200和200kPa.

孔结构梯度分布SiO2膜的仿生合成

以正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵大分子的组装体为有机模板,研究在气-液界面仿生合成SiO2膜的过程.考察了影响成膜的主要因素并优化了操作条件,进而仿生合成了孔结构梯度分布的无机膜.SEM与孔径分布表征,表明所制备的SiO2膜顶层孔径为1.9 Rm,底部的则为25nm,膜的比表面积为313.5m2·g-1.

溶胶-凝胶-模板法制备疏水SiO2膜及CH4/CO2分离性能研究

以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(A-174)代替部分正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为有机模板剂,通过溶胶-凝胶-模板法制备疏水性的SiO_2膜。采用BET、DTG、IR、SEM及接触角测试仪等对膜材料进行表征,并进行了CH_4/CO_2分离性能及稳定性的评价。结果表明,疏水基团引入到SiO_2膜材料中,水接触角达到108.8°,膜材料具备良好的疏水性及稳定性,且模板剂的加入使膜材料孔结构更加发达,气体的渗透通量和透过选择性增大,更适合CH_4/CO_2气体分离。在压差80kPa时,CH_4渗透通量最大达到2.45×10-7 mol/(m2·s·Pa),CH_4/CO_2气体的分离因子最大达到2.67,高于Knudsen扩散理想分离因子1.66。

Sr掺杂SiO2膜的制备及其脱盐性能研究

以正硅酸四乙酯(TEOS)为硅烷前驱体,以氯化锶(SrCl2)为Sr源,采用溶胶-凝胶法制备了Sr掺杂的SiO2膜.通过系列表征结果证实:在水解缩合反应过程中Sr被掺杂到SiO2骨架中,形成了水热稳定的Si—O—Sr键,明显地改变了膜的表面形貌、微观结构和亲水性,从而提高了膜的脱盐性能和稳定性.在优化合成条件(n(Sr)∶n(TEOS)=0.075∶1.000)下所制备的Sr/SiO2膜的脱盐性能最佳.在60℃条件下,当以质量分数为3.5%的NaCl溶液为进料液时,该膜的水通量高达20.7 kg·m-2·h-1,盐截留率接近100.0%.此外,在35~60℃连续性温度循环测试中,该膜显示出了优异的水热稳定性.

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、PdCl_2为钯源,制备Pd掺杂有机无机杂化SiO_2(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)、N_2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H_2渗透率逐渐增大,H_2/CO_2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H_2渗透率达到1.62×10^(–7) mol·m^(–2)·s^(–1)·Pa^(–1),H_2/CO_2理想分离因子达到13.6,表明该膜具有较好的H_2渗透性能、H_2/CO_2分离性能和水热稳定性能。

疏水增透SiO_2膜的制备及其性能研究

以正硅酸乙酯(TEOS)和二甲基二乙氧基硅烷(DDS)为前驱体,在碱催化体系中通过选择合适的原料配比以及对体系溶胶-凝胶过程的控制使DDS和TEOS的水解产物发生共缩聚反应,进而制备出改性的SiO2溶胶,并采用旋转镀膜法(spin-coating)直接获得了同时具有良好疏水和增透性能的SiO2光学膜,克服了增透膜防潮性能差的缺点.同时采用透射电子显微镜(TEM)、粒度分布(SDP)等手段研究了不同条件下溶胶的性质及其对膜层性能的影响,并与未经改性的SiO2增透膜进行了比较,结果表明改性后的膜层不仅疏水性大大增加,且在相同镀膜条件下,膜层的厚度随着老化时间的延长增加较小,故其透过率曲线在300～800nm范围内不易出现多个增透峰.

表面修饰的有机-无机杂化微孔SiO_2膜的制备及氢气分离性能

采用苯基三乙氧基硅烷(PTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了苯基修饰的有机-无机杂化SiO2膜材料.通过N2吸附、视频光学接触角测量、热重分析和红外光谱对膜材料的孔结构和疏水性能进行了表征,并深入研究了膜材料的氢气渗透和分离性能.结果表明,修饰后的膜材料具有微孔结构,孔径集中分布在0.4～0.6 nm.在温度为40℃,湿度为70%～80%的水热环境下陈化30 d后,膜材料仍保持微孔结构.苯基修饰后膜材料具有疏水性,当n(PTES)/n(BTESE)=0.6时,膜材料对水的接触角达到(125±0.4)°.氢气在膜材料中的输运遵循活化扩散机理,300℃时,膜材料的H2渗透率达到8.71×10-7mol.m-2.Pa-1.s-1,H2/CO2的理想分离系数达到5.53.

仿生制备SiO_2分离膜的实验

以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在溶液中的自组装胶束为有机模板,对无机前躯体正硅酸乙酯(TEOS)的水解缩聚过程进行调控,于SiO2 无机膜中复制出了具有自组装体形状的三维孔结构。孔径分布测定结果表明优化物料条件下制备出的非担载SiO2 膜具有 1. 8nm的最可几孔径,平均孔径为 5. 3nm。对比传统的sol gel制膜方法,其孔径分布不受灼烧条件的影响。该膜的广角XRD分析结果表明组成介孔壁面的SiO2 为非晶型结构,该膜的小角度XRD分析结果进一步表明,膜内介孔道的排列形式为三维空间上的无序网络结构。将优化物料条件下的混合物旋涂于多孔Al2O3 陶瓷载体上,进一步制备出了SiO2 分离膜,该膜的SEM表征和气体渗透性能测定结果表明其完整性能较好。

仿生制备非担载SiO_2无机膜的实验研究

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为有机模板,利用仿生合成技术于气-液界面制备出非担载的SiO_2无机膜.考察了仿生制备SiO_2膜过程中TEOS和CTAB的初始浓度及溶液pH值对膜质量的影响,并在优化所得物料条件下考察了干燥添加剂丙二醇和灼烧条件对膜质量的影响.各种分析和表征结果说明制备出的SiO_2仿生膜具有1.8nm的最可几孔径,且上表面光滑平整.

大气常压等离子射流清洗溶胶-凝胶SiO_2膜表面油脂污染物

采用大气常压等离子射流技术对溶胶-凝胶SiO2膜表面的油脂污染物进行清洗。利用分光光度计、扫描电子显微镜、红外光谱仪对溶胶-凝胶SiO2膜透过率、表面形貌、化学结构进行表征,并分析清洗前后溶胶-凝胶SiO2膜的激光损伤阈值变化。损伤阈值测试表明,1064nm波长的激光损伤阈值由污染后的16.08J/cm2上升到24.41J/cm2,与污染前24.72J/cm2的损伤阈值相当。同时还获取清洗的最佳时间为10s。清洗前后,溶胶-凝胶SiO2膜保持完好,且未产生新的有机污染物。研究结果表明:大气常压等离子射流技术可对溶胶-凝胶SiO2膜表面的油脂污染物进行有效地清洗,从而提高溶胶-凝胶SiO2膜的透过率和激光损伤阈值,为高功率激光装置的稳定运行提供保障。

气-液界面非担载SiO_2无机膜的仿生制备

利用有机大分子ＣＴＡＢ的自组装体为模板来调制正硅酸乙酯（ＴＥＯＳ）的水解缩聚，于气－液界面上制备出非担载的ＳｉＯ２无机膜．对取膜时间进行了选择，考察了仿生制备ＳｉＯ２膜过程中物料配比对成膜质量的影响，对其进行了优化。由ＣＴＡＢ极性头基排列而成的六边形区域聚集于溶液表面，ＴＥＯＳ在其内部的水解缩聚及随后的层层复制过程形成了仿生合成膜的空间网络结构．

快速热氮化SiO_2膜陷阱特性的研究

本文采用雪崩热电子注入技术研究了快速热氯化SiO_2膜和氮化后再氧化SiO_2膜的体电子陷阱和界面态特性。揭示出电子陷阱的起源和放电机理;观察并解释了界面态密度随氮化时间以及平带电压漂移随注入时间的变化关系;提出降低体电子陷阱密度和界面态密度的有效途径。

pH值对电致发光粉表面包覆SiO_2膜的影响

采用Na_2SiO_3水解法,在ZnS:Cu电致发光粉表面包覆SiO_2膜层,并主要分析了包SiO_2膜时,pH值对包覆膜致密性的影响。发现电致发光粉在pH=9.5的Na_2SiO_3溶液中预分散条件下,陈化至8.5,易于形成均匀致密的SiO_2膜层。因此,电致发光粉的老化性能得到一定程度的改善,延缓了它的老化。

KH-570修饰的SiO_2膜制备及CH_4/CO_2的分离

采用KH-570代替部分TEOS为前驱物,共水解缩聚反应制得疏水性SiO2膜,通过IR、DTG、SEM、接触角测试仪等手段对KH-570修饰后的SiO2膜进行表征,并对CH4和CO2渗透和分离进行研究。实验结果表明,修饰后(0.8KH-570)SiO2膜接触角达到94.2°,红外光谱分析表明修饰后SiO2膜疏水性增强;(0.8KH-570)SiO2膜具有完整性及在400℃水热稳定性;压差30kPa,分离因子随涂膜次数增加先增大后减小,涂膜5次达最大值2.13,超越了努森扩散理论分离因子1.66,此时分离效果好;对于涂膜5次的SiO2膜,CH4渗透通量随压差增加呈现非线性微增趋势,CH4/CO2分离因子几乎不变。

SiO_2含量对绿色荧光粉包膜效果的影响

采用溶胶-凝胶法对绿色荧光粉铝酸锶进行了SiO2包膜处理，并对膜层进行了X射线衍射（XRD）、耐水性和发光性能的测试。结果表明：SiO2含量对包膜效果有着重要的影响。SiO2含量太低，其耐水性受到限制，很容易发生水解；SiO2含量太高，影响其发光性能，发光亮度降低。通过试验对比发现，要想得到包膜效果较好的产品，SiO2与铝酸锶的质量比最好控制在10％-25％之间。

溶胶凝胶-模板技术合成负载型中孔SiO_2膜

将溶胶 -凝胶技术与模板技术结合起来 ,分别以TEOS和Na2 SiO3为有机和无机硅源 ,C1 2 H2 5(CH3) 3N+ Cl- (DTAC)为模板剂 ,制备了两类负载型中孔SiO2 膜 .SEM ,XRD ,IR ,TG -DTA ,氮吸附和气体渗透性能测试装置对其进行了表征 .结果表明 :两类膜成膜情况良好 ,硅溶胶与模板剂形成键联型交联 ,由有机硅源制备的SiO2 膜晶相和非晶相共存 ,平均孔径 4.2nm ,最高有机分解温度 2 97℃ .而由无机硅源制得的SiO2 膜全部为晶态结构 ,平均孔径为 6.0nm ,最高有机分解温度 2 75℃ .气体在这两类膜中的渗透均由Knudsen扩散控制 .

Sol-gel法介孔SiO_2膜的制备工艺研究

以正硅酸乙酯为硅源,氨水为催化剂,研究了solgel法介孔SiO2膜的制备工艺,得到了制备SiO2溶胶的优化工艺条件。发现催化剂氨的浓度是影响SiO2溶胶质量的关键因素,在影响SiO2膜制备的众多因素中,溶胶pH值、溶胶浓度和成膜助剂是影响膜制备的关键因素。实验发现,在适宜的条件例如合适的pH值下,溶胶凝胶干燥过程具有自适应性,能够自动调节凝胶和干燥速度,从而使凝胶干燥过程中存在的收缩在很大程度上得到减少甚至避免。采用液液排除法对优化条件下制备的SiO2膜的孔径分布进行了表征,结果表明,在实验条件下所获得的SiO2膜的孔径分布在8.8～14.4nm。