芴基、酰亚胺基和萘基聚合物气体分离膜的研究进展

聚合物链间距和链刚度是影响聚合物膜对气体渗透性能的决定因素,刚性基团(如芴基、酰亚胺基及萘基)引入聚合物链中,基于其大体积和扭曲结构能够有效阻碍分子链堆积,从而降低分子链堆积密度,使聚合物具有较高的自由体积,能有效改善膜对气体的渗透选择性。本文综述了近5年含芴基、酰亚胺基和萘基聚合物在气体分离中的研究,按结构分类,详细介绍了三类聚合物的合成以及膜对气体的选择性,分析了影响气体选择性的主要因素。最后,综合现有刚性聚合物的特点,从改性高气体渗透性低选择性材料、改性生物基材料及制备复合混合基质膜等角度出发,展望了此类材料的未来发展趋势,为制备高性能气体分离膜提供参考。

纳米纤维素/还原氧化石墨烯复合材料用于高性能超级电容器

以高浓度氧化石墨烯(GO)溶液作为反应前驱体,纳米纤维素(NC)作为物理间隔物和电解液储存器,通过简单的一步水热法制备了纳米纤维素/还原氧化石墨烯(NC/rGO)复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的潜力。结果如下:NC添加量为1 mL所制备的NC/rGO-1具有最佳电化学性能。基于NC/rGO-1的无黏合剂对称型超级电容器在0.3 A·g^(-1)的电流密度下显示出了269.33 F·g^(-1)和350.13 F·cm^(-3)的高质量和体积比电容,并在10.0 A·g^(-1)时仍能达到215.88 F·g^(-1)和280.62 F·cm^(-3)(其初始值的80.15%)。组装器件还显示出了较高的质量和体积能量密度(9.3 Wh·kg^(-1)和12.13 Wh·L^(-1))和出色的循环性能(10 A·g^(-1)下10000次循环后其初始比电容仅减少6.02%)。

生物基材料在碘吸附中的研究进展

综述了近年来生物基材料在碘吸附领域的研究进展,从材料制备、吸附机理和作用方面进行介绍,对影响生物基材料碘吸附性能的因素,如热解峰值温度、停留时间、活化方法等进行了总结和评估,对化学活化法中不同活化法对生物基材料的活化机理进行了深入讨论;最后对生物基材料在碘吸附领域中未来研究方向进行了展望。

基于改性纳米纤维素的电化学储能材料的研究进展

纤维素是一种来源广泛、绿色友好的天然高分子材料。由各种物理化学手段从纤维素中提取出来的纳米纤维素(NC)拥有提取简单、高结晶度和高比表面积等优点,将其用于与其他材料复合时往往能激发出复合材料更大的潜力。基于纳米纤维素表面暴露出的大量羟基结构可以对其进行功能化改性,这对于进一步发挥纳米纤维素的潜力具有重大的意义。简要介绍了纳米纤维素的改性方法以及在电化学储能领域中的应用和展望。

g-C_(3)N_(4)的制备及其对环氧树脂复合材料性能的影响

以尿素为原料采用热剥离法制备类石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4)),经傅里叶变换红外光谱与X射线衍射共同证明目标产物制备成功。将g-C_(3)N_(4)与环氧树脂E51混合制备多功能E51/g-C_(3)N_(4)(CNE)复合材料。热重分析表明,与E51相比,CNE复合材料的失重10%温度和失重50%温度以及残炭量增加,热稳定性提高。动态热机械分析测试表明,CNE复合材料在室温的储能模量低于E51,而玻璃化转变温度高于E51。冲击性能测试表明,g-C_(3)N_(4)质量分数为3%时,CNE复合材料的冲击强度比E51提高了43.5%。电导率测试表明,g-C_(3)N_(4)质量分数为4%时,复合材料的电导率从E51的3.7 S/cm提高至11.3 S/cm。微型燃烧量热测试表明,复合材料的热释放速率峰值较E51明显减小,阻燃性能提高。

刚性基团桥接聚硅氧烷/乙基纤维素混合膜的制备及其CO_(2)的分离

以3种含刚性基团(六氟酰亚胺、萘基酰亚胺和芴)桥接聚硅氧烷(6FBPMS、NTBPMS和BAFBPMS)为改性剂,乙基纤维素(EC)为基质,通过溶液共混、涂敷法制备了3类不同负载量桥接聚硅氧烷的改性EC混合膜(6FBPMS/EC、NTBPMS/EC和BAFBPMS/EC)。3类复合膜具有良好的成膜性,且显示出高的力学性能和热稳定性。测试了混合膜对体积比都为1∶1的混合气体对CO_(2)/N_(2)和CO_(2)/CH4的透过选择性。结果表明,相较于纯EC膜,3类膜在保持选择性的同时,显示出更高的CO_(2)透过性;特别是NTBPMS/EC混合膜,其对CO_(2)透过性达到213 barrer以上,是纯EC的4.9倍。

相容剂对PE-HD/玉米秸秆生物炭复合材料性能的影响

以玉米秸秆(CS)为原料制备生物炭,并采用挤压法制备高密度聚乙烯/玉米秸秆生物炭(PE-HD/CSB)复合材料。研究了相容剂马来酸酐(MA)对PE-HD/CSB性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、热失重分析(TG)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、旋转流变仪(DHR-2)、X射线光电子能谱(XPS)等对CSB及复合材料进行了表征,并用Harmonic-Mean界面方程研究了CS和CSB同PE-HD的界面性能。结果表明,与CS相比,CSB的芳香化程度增加,且与PE-HD的界面张力更低,MA的加入提高了生物炭复合材料的稳定性、相容性及其力学性能。

超支化聚合物气体分离膜材料的研究进展

综述了超支化聚合物气体分离膜材料的研究进展,介绍了不同种类的超支化聚合物,阐述了传统结构超支化聚合物与大π共轭结构超支化聚合物的等超支化聚合物的合成,详细介绍了偶氮类超支化聚合物、聚酰胺类超支化聚合物及共混类超支化聚合物在分离膜制备中的作用,并对超支化聚合物在气体分离膜领域未来的研究方向进行了展望。

单电子转移活性自由基聚合研究进展

单电子转移活性自由基聚合(SET–LRP)具有单体适用范围广泛、反应条件温和、对氧气不敏感、反应速率快、催化剂用量少且易分离等优点,因此与其他活性自由基聚合相比具有更广阔的研究前景和应用价值。重点介绍了SET–LRP的研究现状,并与原子转移活性自由基聚合进行对比,从反应机理、反应体系(包括单体、引发剂、溶剂、催化剂及配体)和目前的应用等方面对SET–LRP进行综述。并指出探索更加高效的催化体系是SET–LRP实现工业化的基础,在生物学和医学领域的应用也会成为未来SET–LRP的研究热点之一。

PANI/MnOC生物质碳基电极材料的制备及电化学性能研究

聚苯胺(PANI)在连续充放电后出现结构塌陷,导致其循环稳定性变差的问题。采用原位聚合技术,使苯胺在生物质碳(MnOC)材料表面发生原位聚合,控制PANI颗粒在MnOC表面有序生长,制备的PANI/MnOC复合电极材料同时具备MnOC双电层电容和PANI法拉第赝电容的特征。对材料的分析测试结果表明,PANI/MnOC复合电极材料由微孔、介孔及大孔的多孔网络构成,有利于电荷的存储及传输。由电化学性能测试结果可知,PANI/MnOC复合电极材料相比于PANI,电流密度为1.0 A/g时比电容为385.0 F/g,高于PANI(158.7 F/g)。在2.0 A/g电流密度下,进行5000次连续循环充放电后,复合电极材料的电容保持率达到82.2%。

桥接聚甲基硅氧烷/乙基纤维素/ZSM-5三元复合膜的制备及气体分离性能研究

以四氢呋喃(THF)为溶剂,在高速搅拌下辅于超声振荡制备了一系列不同比例的丁二烯桥接聚甲基氢硅氧烷(BBPMS)/乙基纤维素(EC)/ZSM-5三元铸膜液、涂膜制得了一系列BBPMS/EC/ZSM-5三元复合膜。采用红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对膜的结构进行了表征,通过薄膜拉伸强度测试仪、热失重分析和气体透过仪对膜性能进行了测试。结果表明:制得的三元复合膜表面致密平整、分布均匀、无团聚现象,具有良好的成膜性、耐热性及力学性能;三元复合膜对CO的透过系数达到了822Barrer,是EC/ZSM-5混合基质膜的29.8倍;当BBPMS掺杂量在80%~90%时,BBPMS/EC/ZSM-5三元复合膜的CO/N气体透过分离性能接近Robeson 08年曲线。

近年硅烷偶联剂在聚合物改性中的研究进展及应用

硅烷偶联剂的应用领域十分广泛,综述了其结构特征以及作用机理,着重介绍了硅烷偶联剂的研究进展以及在聚合物改性方面的应用,展望了硅烷偶联剂未来的发展方向。

十二烷基苯磺酸钠共混改性聚酰亚胺纤维膜的制备及油/水乳液分离性能研究

利用十二烷基苯磺酸钠的两亲性对聚酰亚胺进行亲水改性。通过静电纺丝法制备了十二烷基苯磺酸钠/聚酰亚胺共混膜。采用X射线光电子能谱(XPS)对膜的结构进行了表征,对水接触角、石油醚/水乳液分离性能进行了测试。结果表明:十二烷基苯磺酸钠共混入聚酰亚胺中;改性后膜表面亲水性明显提高,1min内水接触角由81.14°降至32.15°;对石油醚/水乳液具有良好的分离效果,膜通量最大值为245L/(m^(2)·h),最大分离效率达78%以上。回收10次后,分离效率始终保持在76%以上。

树枝状钛催化剂的合成及其聚合反应动力学

以1.0代聚酰胺-胺(PAMAM)与3,5-二叔丁基水杨醛水杨醛为原料,通过席夫碱反应合成一种新型树枝状水杨醛亚胺配体,并与钛络合得到一种树枝状钛金属催化剂。运用FTIR、^(1)H-NMR、UV、ESI-MS等结构分析表征方法对合成的配体及钛金属催化剂进行了结构表征分析,同时,对树枝状钛金属催化剂催化乙烯聚合性能及反应体系的相关动力学参数进行了研究。实验结果表明,树枝状配体及树枝状桥联催化剂的结构与理论结构相符,其催化乙烯聚合性能较好,活性可达312.56 kg PE/(mol·Ti·h),聚合产物为UHMWPE。其催化乙烯聚合反应的动力学曲线为速升缓降型,聚合反应级数为1.09,属于准一级反应,聚合表观速率反应方程式可以表示为R_(p)=k_(p)C^(*)C^(1.09)_(m)。在一定的反应压力和温度条件下,聚合反应速率随乙烯压力的增大而增大,随反应温度的增大而降低。根据Arrhenius公式求得树枝状3,5-二叔丁基水杨醛亚胺钛金属催化剂催化乙烯聚合反应的表观活化能为16.02 kJ/mol。

芴基微孔聚酰亚胺薄膜的制备和气体分离性能研究

聚酰亚胺的分子链规整性好、链间相互作用力强,但是气体透过偏低,为解决该问题,通过引入芴基致孔基元,利用含芴基结构的9,9-双(4-氨基苯基)芴(FDA)、9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴(FFDA)和2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)为单体,制备了一系列自具微孔聚酰亚胺膜(PIM-PI)。结果表明:随着致孔基元比例增加,与无致孔基元的纯膜相比,PIM-PI膜的气体分离性能改善显著。例如6FDA-FFDA/BAPP(8∶2)膜表现出优异的分离性能,CO_(2)渗透率为165.46Barrer和CO_(2)/CH_4选择系数为31.65,相较于纯膜,分别增加7.45倍和1.66倍。引入芴基致孔基元的微孔聚酰亚胺膜显著地提高了气体渗透率。

基于原子转移自由基聚合的无机纳米粒子表面接枝改性方法研究进展

综述了原子转移自由基聚合法、反向原子转移自由基聚合法、电子转移生成催化剂原子转移自由基聚合法、电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法在无机纳米粒子表面接枝聚合物的研究进展,介绍了聚合物接枝改性过程中不同催化体系的特点。采用上述方法在无机纳米粒子表面接枝改性,均能有效控制纳米复合粒子的粒径及其分布,提高纳米粒子的分散性、耐久性和相容性且反应条件简单、可控性强,是前景广阔的聚合方法。

微波法制备五甲基环戊二烯铑及催化苯乙炔聚合

随着催化剂产业的发展,茂金属催化剂受到了很大的关注,而传统水浴加热法制备茂金属催化剂存在收率低、合成费时等问题,因此寻找新的制备工艺迫在眉睫,而微波由于其效率高、节能环保、节省时间等优点已经成为当代研究的热点。以[Rh(cod)Cl]_(2)(cod=1,5-环辛二烯)与五甲基环戊二烯为原料,通过微波法制备了具有夹心结构的[Cp^(*methyl) RhCl]_(2)(μ_(2)-Cl)_(2),通过核磁共振、异核单量子关系谱(HSQC)及红外光谱(IR)等对其结构进行了表征。对产物进行催化效果测试结果表明,微波化学法制备催化剂与传统的水浴加热合成法制备的催化剂相比,节省了反应时间、提高了催化剂的收率。

自具微孔聚酰亚胺膜材料的研究进展

膜分离技术在现代的环境、能源、工业、医疗、水处理等领域都具有非常大的应用前景,聚酰亚胺是众多聚合物膜材料中性能和化学性质都比较优良的材料,自具微孔聚酰亚胺是近十几年出现的新型膜材料,具有优异的结构稳定性及分离性能,对CO_(2)/N_(2),CO_(2)/CH_(4),H_(2)/N_(2),O_(2)/N_(2)等分离体系都有很大的提升.综述了应用于聚酰亚胺膜中常见的3种结构:Sprio双环中心结构、桥接双环结构以及Iptycene结构,并对其进行了具体分析,对该类聚合物研究方向做了一定的展望.

聚甲基氢硅氧烷基气体分离膜的进展

气体分离膜技术与传统的气体分离技术(如胺吸收、变压吸附、深冷分离等)相比,具有无相变、高效、节能、操作简便、无二次污染等特点,在空气中氧、氮的富集、石油炼制、化学品生产及二氧化碳的捕获等领域中具有极大的应用前景。分离膜作为气体膜分离技术的核心,获得高透过性及高选择性的膜材料是气体分离膜研究中的目标。聚甲基硅氧烷由于具有优异的高气体透过性、较低的获得成本、结构可变性较强等特点,已成为气体分离膜材料的一个重要研究方向。对目前用于气体分离膜的聚甲基硅氧烷基气体分离膜的种类及合成进行了研究,分析并讨论了各种聚甲基硅氧烷基气体分离膜在分离过程中的机理和作用,对聚甲基硅氧烷基气体分离膜的未来研究方向进行了展望。

Bi_(2)Te_(3)/PLA复合薄膜的制备与性能研究

采用熔体法制备了高质量的拓扑绝缘体Bi_(2)Te_(3)单晶,将研磨后的微米量级的Bi_(2)Te_(3)单晶粉末与聚乳酸(PLA)溶融共混制成Bi_(2)Te_(3)/PLA复合薄膜。为探究Bi_(2)Te_(3)单晶粉末含量差异对复合薄膜性能的影响,分别对复合薄膜的力学性能和气体透过性进行测试。结果表明,随Bi_(2)Te_(3)含量的增加Bi_(2)Te_(3)/PLA复合薄膜的拉伸强度先减小后增大,当Bi_(2)Te_(3)的含量在0.5%时,复合薄膜的拉伸强度最大达到75.00 MPa;随Bi_(2)Te_(3)含量的增加复合薄膜的气体透过系数先增大后减小,当Bi_(2)Te_(3)的含量为7.5%时,N_(2)、O_(2)和CO_(2)的气体透过系数均最大,三者的最大透过系数分别为1.017×10^(-7)、8.626×10^(-8)和1.139×10^(-7)cm^(3)·cm/cm^(2)·s·cm Hg,远超纯PLA薄膜气体透过性。研究结果为拓扑绝缘体共混改性可生物降解PLA基复合薄膜材料的研究提供思路。