二氧化硅膜的制備、改性及氣體分離性能研究.pdf

1、CO<,2>等酸性氣體的膜分離技術(shù)研究已成為倍受世界矚目的關(guān)于能源和環(huán)境問題的重大課題之一。二氧化硅膜以其優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，成為近十多年來新型膜分離技術(shù)研究和開發(fā)的一個重要方向，其中憎水改性后的二氧化硅氣體分離膜尚屬一嶄新的研究領(lǐng)域。本文正是以此為背景，在溶膠-凝膠法制備二氧化硅膜的反應(yīng)機(jī)理、工藝過程、憎水改性及氣體分離方面進(jìn)行了研究和探索，為二氧化硅膜的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 本文介紹了溶膠-凝膠技術(shù)的基本過程和理論知識，考

2、察了SiO<,2>溶膠制備過程中反應(yīng)物比例及反應(yīng)條件對溶膠性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在保持其它反應(yīng)條件不變的情況下，隨著EtOH/TEOS摩爾比的增大，溶膠粘度減小，凝膠時間變長，膠體粒徑有減小的趨勢；HO<,2>O/TEOS=9.6左右時粘度最大，凝膠時間最短，隨著H<,2>O/TEOS摩爾比的增大，膠體粒徑有增大的趨勢；pH<2時，隨著：HNO<,3>/TEOS摩爾比的增大，溶膠粘度增大，凝膠時間變短，膠體粒徑變化不明顯；反應(yīng)溫度的升高

3、及反應(yīng)時間的延長，都會促使溶膠粘度增大，凝膠時間變短，膠體粒徑增大；聚合法制備溶膠的膠體數(shù)均粒徑均有較窄的粒徑分布。 低溫陳化可以大大提高溶膠的貯存性，溶膠粘度急劇變化之前粒徑變化不明顯；DMF的加入可以降低溶膠粘度，增加凝膠時間，促使粒徑增大，加入量為30％時可以得到較完整的SiO<,2>膜；TG-DSC分析表明SiO<,2>溶膠中主要組分的變化范圍在230℃以下，IR分析表明SiO<,2>溶膠主要由Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，溶

4、膠體系水解和縮聚反應(yīng)同時進(jìn)行。 采用MTES對SiO<,2>進(jìn)行憎水改性，實驗結(jié)果表明，隨著MTES加入量的增多，溶膠粘度降低，凝膠時間變長，溶膠粒子變大；采用接觸角測量及IR分析對憎水改性膜進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)隨著MTES加入比例的增大，接觸角從未改性前的32.76°增大到改性后的98.16°，在相對濕度為70％～80％的潮濕空氣中放置90天，膜的憎水性仍能夠保持；考察了焙燒溫度對薄膜憎水性能的影響，發(fā)現(xiàn)MTES/TEOS=0.8時

5、，薄膜的憎水性可以保持到400℃，對非支撐SiO<,2>膜的AFM形貌表征表明，制得的非支撐SiO<,2>膜表面無相分離，光滑平整。 采用浸漬提拉法制備了憎水性SiO<,2>氣體分離膜，進(jìn)行氣體滲透實驗，在0.1MPa下，循環(huán)焙燒3次后N2的滲透通量為0.44×10<'-7>mol·m<'-2>·Pa<'-1>·s<'-1>，CO<,2>的滲透通量為0.45×10<'-7>mol·m<'-2>.Pa<'-1>.s<'-1>，H<