SiO_2-PWA/PVDF杂化阳离子交换膜的制备及性能研究

膜法钴电积工艺中使用的阳离子交换膜需要有很高的氯离子阻挡性能和耐酸、耐氧化性能,针对这一问题,采用共混热压法制备出了二氧化硅固定磷钨酸的聚偏氟乙烯(SiO2-PWA/PVDF)杂化阳离子交换膜.以电解时膜的氯离子泄漏率为评价指标,研究了膜的氯离子阻挡性能和耐酸、耐氧化性能,并使用SEM,FTIR对膜的微观形貌和功能基团进行表征.结果表明,在TEOS与PWA的摩尔比为5∶1,SiO2-PWA添加质量分数为20%,热压温度为180℃的条件下,制备出的杂化阳离子交换膜性能最佳,氯离子泄漏率为7.5%,耐酸、耐氧化性能相对较好,具有应用于膜法钴电积工艺的潜力.

添加剂PEG对PVDF/SiO_2杂化膜性能的影响

在PVDF/SiO2体系中添加了PEG,利用浸没沉淀相转化法制备了PVDF/SiO2杂化膜,并对膜性能进行测试,采用SEM观察膜表面与断面的微孔结构.结果表明:铸膜液中加入PEG,促进了SiO2在PVDF体系中的分散,增加了界面微孔数量,该膜试样在保持较高截留率的情形下,水通量得到了一定程度的提高.SEM断面照片显示,在PVDF/SiO2体系中加入PEG,制备的PVDF/SiO2杂化膜试样中大孔的数量增多,而且孔壁上细小微孔数量也增多.

相转化结合溶胶凝胶法制备PVDF/SiO_(2)杂化微孔膜

采用溶胶凝胶结合相转化法制备PVDF/SiO_(2)杂化微孔膜,通过TEOS溶胶凝胶原位生成SiO_(2)实现其纳米分散,同时与直接添加纳米SiO_(2)方式进行对比。在铸膜液体系热力学相图绘制基础上,选取最佳热力学制膜条件,结合膜结构和形貌分析、热分析和拉伸性能分析。结果表明,TEOS的成核作用更好,其凝胶过程会促进微孔的形成,得到双连续的蜂窝状微孔结构。当PVDF质量分数为15%,TEOS质量分数为1.0%时能得到最优的复合膜,其耐热性及力学性能得到提高,拉伸强度可达到12.3 MPa,断裂伸长率为245%。

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.

聚醚砜对PES／SiO2杂化膜性能的影响

在PES/SiO2体系中添加PEG,采用相转化法制备了PES杂化膜,测定了PES杂化体系铸膜液的热力学相图、成膜动力学及膜性能。结果表明:与纯PES体系相比,PES/SiO2及在PES/SiO2中添加亲水性的PEG后,PES铸膜液杂化体系的分相曲线均不同程度的向聚合物/溶剂轴移动,分相时所需的凝固浴用量较少,PES体系的成膜速度有所提高。膜断面的SEM照片表明,PES/SiO2/PEG杂化膜具有更大的指状孔及表面微孔。该系列PES杂化膜的水通量和截留率均有不同程度的提高。

SiO_2/Nafion杂化膜固定酶的过氧化氢生物传感器

通过溶胶-凝胶技术制备SiO2/Nafion杂化膜并固定辣根过氧化物酶,以杂化膜中Nafion固定的亚甲基蓝为辣根过氧化物酶和玻碳电极间的电子传递介体,制成了电流型过氧化氢生物传感器。探讨了杂化膜的制备条件、工作电位、pH值、温度、干扰物质等对生物传感器的影响。该生物传感器的线性响应范围为1.0×10-6～1.6×10-4mol/L,检出限(S/N=3)为6.0×10-7mol/L,达到95%稳态响应电流用时少于15s。固定化酶对过氧化氢催化反应的米氏常数为1.129 mmol/L。

纳米Al_2O_3溶胶的稳定性及PVDF/Al_2O_3杂化膜的性能研究

以异丙醇铝（AIP）为原料，采用溶胶-凝胶法，制备了纳米氧化铝（A1203）溶胶。研究了酸解剂、酸铝比[n（H＋）／n（Al3＋）]、陈化时间等因素对溶胶粒径和稳定性的影响，得到了制备稳定、透明纳米A1203溶胶的最佳工艺条件，即酸解剂HN03；n（H＋）／n（Al3＋）=0.18～0．25；陈化时间20h。为了改善聚偏氟乙烯（PVDF）膜的性能，通过PVDF与AIP的原位聚合，制备了不同PⅥ）F含量的PVDF／A1203杂化膜。采用扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、红外光谱（FI-IR）、差示扫描量热法（DSC）、热失重分析（TGA）等手段对膜的结构和性能进行了表征。结果表明：杂化膜的纯水通量随着PVDF浓度的增大呈下降趋势，截留率则随着PVDF浓度的增大逐渐升高；AIP的加入使得杂化膜两相之间存在键合，可以增强Al2O3和PVDF之间的化学连接，从而提高杂化膜的亲水性和机械强度；添加AIP后，杂化膜的热分解温度向低温移动，即杂化膜的热稳定性下降；而AIP对PVDF膜的熔点影响不明显。

Al_2O_3/PVDF杂化膜的制备及凝胶相变过程的研究

利用乙烯基三甲氧基硅烷为偶联剂,异丙醇铝(AIP)为无机前驱体,与KOH甲醇溶液改性的聚偏氟乙烯(PVDF)混合形成铸膜液,通过相转化法制备具有化学键相结合的Al2O3/PVDF杂化膜。研究了杂化制膜液体系相行为及凝胶沉淀过程动力学过程,探讨了AIP对杂化膜结构和性能影响的机理。结果表明:加入AIP后,铸膜液的粘度增加,且AIP含量的增加会改变铸膜液体系的相平衡关系,使其成为热力学不稳定体系,降低其对非溶剂的容纳能力,从而加速铸膜液的凝胶化过程。凝胶化初期成膜过程胶凝速度最快,之后随时间的延长而逐渐减慢。不同的铸膜液体系的胶凝速度不同。随着AIP含量的增多,凝胶速度增加,体系发生相分离的速度变快,但当AIP含量达到20%时,凝胶速率反而下降。

纳米SiO_2有机杂化膜制备研究

采用共混法和溶胶-凝胶法制备了纳米SiO2有机杂化膜,考察了制备方法和SiO2的性质对杂化膜结构和性能的影响。结果表明:采用溶胶-凝胶技术制备的杂化膜同共混法得到的杂化膜及未杂化膜相比,机械性能明显提高,膜微观结构改善,并表现出良好的气体分离性能。此外,杂化膜中无机相的负载量也是一个影响杂化膜结构和性能的重要因素,当正硅酸乙酯的添加量为30%(wt)时,杂化膜的综合性能较为理想。

PVDF/TiO_2杂化超滤膜的制备与表征

钛酸丁酯(TBT)直接加入到铸膜液中,在相转化成膜的同时,膜液中的TBT发生水解反应,从而制备出有机-无机杂化膜。实验中制备出不同TiO2含量的PVDF/TiO2杂化膜,研究了添加剂含量对杂化膜的水通量、牛血清蛋白(BSA)截留率和接触角的影响,并通过SEM、EDS和DSC对膜结构进行表征。研究结果显示:杂化膜较未加入TBT的膜的性能有所改善,当TBT加入量为5.7%(质量分数)时,膜的水通量增加了1倍而截留率保持在90%以上;同时TBT对膜结构也有一定影响:杂化膜中海绵状孔减少,指状孔增多;TBT的水解产物部分存留在杂化膜中。

PVDF-HFP/TiO_2多孔杂化电解质膜的研究

将溶胶-凝胶法与相转化法结合,以偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、钛酸四丁酯为主要原料,制备了PVDF-HFP/TiO2多孔杂化膜,经电解液活化后得到PVDF-HFP/TiO2多孔杂化电解质膜。采用扫描电子显微镜法(SEM)、透射电子显微镜法(TEM)、交流阻抗法等手段对多孔杂化电解质膜的结构和性能进行了测试分析。研究结果表明,与PVDF-HFP多孔电解质膜相比,PVDF-HFP/TiO2多孔杂化电解质膜在微孔结构、离子电导率等方面都有明显的改善;同时,随着TiO2含量的增加,也增大了多孔杂化膜的孔隙率和电导率。

聚酰亚胺/纳米SiO_2杂化膜的制备和表征

以均苯四酸二酐、4,4/-二氨基二苯基甲烷和正硅酸乙酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备聚酰亚胺/纳米S iO2杂化膜,利用FT-IR、XPS、AFM对杂化膜的制备过程及杂化膜的结构进行了表征.证实聚酰胺酸加热亚胺化较为完全,杂化膜中有S iO2粒子生成,并以纳米尺度均匀地分布于聚酰亚胺中.采用综合热分析仪对杂化膜的热性能进行了分析,结果表明杂化膜的热性能优于聚酰亚胺膜,其热分解温度比聚酰亚胺膜提高了17.8℃.

载银TiO_2纳米管/PVDF共混杂化膜的性能

将载银TiO2纳米管(AgTNT)添加到PVDF铸膜液中,利用相转化法制备载银TiO2纳米管/PVDF杂化膜;通过扫描电子显微镜、接触角测定、过滤实验和抑菌实验等考察了杂化膜的微观结构、亲水性、抗污染性和抑菌性,并研究了杂化膜在光照下的自清洁能力.结果表明:添加适量AgTNT纳米材料后,杂化膜的分离性能、亲水性、抗污染性和抑菌性都得到了改善;膜清洗实验表明采用曝气/光照组合清洗可以使杂化膜的通量恢复率达到86.2%;在多次污染-清洗循环使用中,杂化膜表现出了稳定的通量恢复率.

聚合溶胶粒径对铌掺杂的有机无机杂化SiO_2膜气体分离性能的影响

以1,2-二(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)和五正丁氧基铌为前驱体,采用聚合溶胶路线,制备出3种粒径分布(平均粒径为5,8,11nm)的铌掺杂的有机无机杂化SiO2(Nb-Hybrid SiO2)聚合溶胶.通过TG/DSC、XRD、CO2吸附和单组分气体渗透实验等手段,详细考察了聚合溶胶粒径对铌掺杂的有机无机杂化SiO2粉体和气体分离膜性能的影响.结果表明:采用平均粒径为5nm的聚合溶胶,制备得到完整无缺陷的气体分离膜,膜的H2渗透率为8.36×10-8 mol/(m2·s·Pa),H2/CO2的理想分离因子为23.当采用平均粒径大于8nm的溶胶制膜时,膜的H2/CO2理想分离因子降低.

APTES改性的SiO_2/PAN杂化膜的制备及其超滤性能研究

以聚丙烯腈(PAN)为基体,N,N-二甲基乙酰胺为溶剂,正硅酸乙酯(TEOS)为无机前体,3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为添加剂,原位合成了SiO_2/PAN杂化膜.借助于扫描电镜、红外光谱、接触角和渗透性能试验等测试手段,研究了APTES对SiO_2/PAN杂化膜的微观形貌、化学结构、亲水性及渗透性能的影响.结果表明,原位合成法制备SiO_2/PAN杂化膜的过程中,APTES使SiO_2表面拥有一定量的—NH_2官能团,提高了SiO_2与PAN的相容性,使其在PAN基体中分散得更均匀,不但使膜具有更薄的皮层和尺寸更大的垂直指状孔结构,还进一步提高了膜表面的亲水性、水通量和抗污染性能,其中,APTES添加量为12%的(T/A_(12))/PAN膜的纯水接触角最小,纯水通量为260.43L/(m^2·h),且对BSA的截留率保持在99%以上.

反相微乳液中纳米SiO_2粒子的合成及其杂化膜的制备和性能表征

在以两亲性三嵌段大分子聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-PPO-PEO,F127)为表面活性剂、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为油相介质、正硅酸乙酯(TEOS)为前驱体、氨水为水解催化剂的反相微乳液中合成纳米SiO2粒子,进而采用微乳液原位聚合法制备SiO2/PMMA有机-无机杂化膜。利用紫外可见光谱和透射电镜分析反相微乳液中纳米SiO2粒子的形成与形貌。通过聚合过程中体系粘度的变化探讨纳米SiO2粒子对成膜过程的影响。采用扫描电镜表征了SiO2/PMMA杂化膜的结构,结合气体渗透实验考察杂化膜的CO2/N2分离性能。结果表明,在反相微乳液体系中增加TEOS的投加量,有利于更多纳米SiO2粒子的形成,但对原位聚合成膜过程的抑制作用增强。由于两亲性大分子F127的保护作用,原位聚合成膜后纳米SiO2粒子较均匀地分散在杂化膜中。杂化膜的CO2、N2渗透性及CO2/N2渗透选择性表现出随TEOS投加量的增加先增大后减小的趋势,当TEOS投加量为4.0mL时,制备的SiO2/PMMA杂化膜的CO2渗透系数为1.64×105 Barrer,CO2/N2渗透选择性可达27.31。

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。

SiO_2对PVDF超滤膜性能的影响

把SiO2纳米颗粒加入到聚偏氟乙烯(PVDF)铸膜液中能配成稳定、均匀、透明的溶液,同时会使铸膜液黏度增大.采用相转化法和溶剂浇铸法制成两类有机-无机杂化膜.实验结果表明,亲水型SiO2能增强膜的亲水性,减慢膜的凝胶速度,并使膜的纯水通量、截留率、孔隙率和结构发生显著的改变.

纳米SiO_2/聚丙烯酸酯组装杂化乳液的合成及表征

通过乳液聚合法成功合成了纳米SiO2/聚丙烯酸酯杂化乳液。首先将纳米SiO2经过表面官能团化处理,使其表面含有活性官能团,然后经过乳液聚合使丙烯酸酯单体在纳米SiO2表面引发聚合,合成了具有核壳结构的纳米杂化乳液。采用透射电子显微镜(TEM)对乳液的微观结构进行了表征,并对胶膜进行了机械力学性能测试和表面润湿性能测试。结果表明纳米SiO2的表面官能团化处理改善了纳米粒子在乳液中的稳定性,当纳米SiO2质量分数为0 2%时,杂化乳液胶膜的拉伸强度和断裂伸长率同时达到最大值。其表面润湿性与SiO2质量分数有关,SiO2质量分数为0 5%时其杂化乳胶膜的接触角最大,耐水性最好。

十七氟癸基修饰的有机-无机杂化二氧化硅膜材料的制备及气体分离性能

以十七氟癸基三乙氧基硅烷(PFDTES)和1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷(BTESE)为前驱体,通过溶胶-凝胶法制备了十七氟癸基修饰的SiO2溶胶,采用浸渍提拉法在γ-Al2O3/α-Al2O3多孔陶瓷支撑体上涂膜,然后在N2气氛保护下烧结成完整无缺陷的有机-无机杂化SiO2膜.利用扫描电子显微镜对膜材料的形貌进行观察,通过动态光散射技术对溶胶粒径及分布进行测试,利用视频光学接触角测量仪、红外光谱仪和热分析仪表征了十七氟癸基修饰对有机-无机杂化SiO2膜疏水性的影响.结果表明,十七氟癸基已经成功修饰到SiO2膜材料中,且随着PFDTES加入量的增大,溶胶粒径和膜材料对水的接触角不断增大.当n(PFDTES)∶n(BTESE)=0.25∶1时,溶胶粒径分布较窄,平均粒径为3.69 nm,膜材料对水的接触角为(112.0±0.4)°.在修饰后的有机-无机杂化SiO2膜中H2的输运遵循微孔扩散机理,在300℃时,H2的渗透率达到5.99×10-7mol.m-2.Pa-1.s-1,H2/CO和H2/CO2的理想分离系数分别达到9.54和5.20,均高于Knudsen扩散的理想分离因子,表明膜材料具有良好的分子筛分效应.