疏水介孔二氧化硅膜的制备及气体渗透研究

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1、摘要气体分离被认为是无机膜最有前途的应用领域之一，在装填密度大的多孔载体上制备一层孔径分布窄、孔体积大的无机膜是气体分离和膜反应器领域研究的重要方向与发展趋势，另外对膜进行疏水改性能扩展其应用范围。本论文采用溶胶一凝胶工艺，在乙醇体系中制备了介孔Si02膜。利用N2吸附、sⅪ∞、FI：瓜、凹siMAsNMR以及接触角测量仪对膜的孔结构和疏水性进行了表征。有支撑膜的形貌和气体渗透性能通过扫描电镜(SEM)以及气体渗透装置进行评价。以正硅酸乙酯(TE0s)作前驱体，十六烷基三甲基溴化铵(C，I怂)作模板剂制备无支撑介孔si02膜，考察了H20，rEOs摩尔比、不同酸及模板剂对膜

2、孔结构的影响。N2吸附结果表明，H20，IEOs摩尔比的变化和不同酸根阴离子对膜孔结构都有一定的影响；采用不同的模板剂，膜孔结构有显著的变化，其中，以聚乙烯醚．聚丙烯醚．聚乙烯醚三嵌段共聚物(P123)作模板剂得到产物的孔径最大，最可几孔径为4．27衄；以非离子表面活性剂B埔30作模板剂得到产物的孔径最小，只有2．47衄。sⅪ∞结果表明膜材料具有短程有序的结构，而这种结构有利于气体在膜中的传输。用甲基三乙氧基硅烷(MrEs)代替部分正硅酸乙酯(TE0s)作前驱体，分别以C聪吲和P123作模扳剂，通过两者的共水解缩聚反应在光滑玻璃片上制备了疏水介孔si02膜。当以c1AB作模

3、板剂时，随着MIEs加入量的增大，膜材料的疏水性明显增大，膜对水的接触角从32．2啦．20逐渐增大到128．20士1．80，但同时孔径和孔体积都变小。以P123作模板制备的甲基修饰的膜材料具有良好的介孔结构，最可几孔径为4．65衄，孔体积为O．69锄3．g．1，比表面积为938．4m2．百1；同时疏水性明显提高，当MrES厂rEoS摩尔比达到1．O时，其对水的接触角达到1090士1．1。。对于多孔州U203陶瓷载体支撑的介孔Si02膜，对载体进行疏水修饰后，SEM分析表明有支撑膜表面基本无缺陷，气体渗透测试进一步表明所得的有支撑膜具有一定的气体选择性。在室温、平均压力为4∞

4、口a的条件下，疏水si02膜对H2和C02的渗透率分别为3．54×10击和8．70×lo．7m01．m五．s～．Pa．1，H以：02北京1=业大学工学硕t学位论文的渗透选择性因子为4．07。气体在膜材料中的输运由努森扩散机制控制。关键词介孔氧化硅薄膜；模板剂：孔结构：疏水性：气体渗透ⅡABSTRACTG勰s印甜a矗onisconsid盯edt0beoneof也emostp砌isingappli酬哪击brin优g柚icmadb咖鹤．Ahydro蛐icmant髓necoatedonpor；0l巧suppoltwithn雒rowporesizedis缸ibud∞缸IdlaIgep

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