硅氮烷改性介孔分子筛增强PDMS膜的渗透汽化性能

本研究论文发表于2014年的《北京工业大学学报》第40卷第6期，主要探讨了硅氮烷疏水改性介孔分子筛在聚二甲基硅氧烷(PDMS)中的应用，旨在制备高性能的有机无机杂化复合膜，并评估其在渗透汽化过程中的性能。硅烷偶联剂被用来对介孔分子筛进行疏水改性，这一过程通过BET测试和FT-IR分析得到了深入研究。 BET测试显示，改性后的介孔分子筛相较于未改性前，其孔径分布发生了显著变化，表明疏水改性增强了其微观结构。FT-IR图谱揭示了改性后的特征，羟基峰强度明显减弱或消失，出现了新的烷基峰，这证明了硅氮烷成功地与分子筛表面结合，改变了其表面性质。 研究人员通过扫描电镜(SEM)对杂化复合膜的形态结构进行了观察，发现疏水改性介孔分子筛与PDMS的有效融合，形成了稳定的复合结构。研究还考察了不同因素对渗透汽化性能的影响，包括分子筛添加量、料液浓度以及操作温度。实验结果表明，1,1,3,3-四甲基二硅氮烷是最有效的改性剂，它显著提高了膜对醇/水溶液的分离效果。 具体来说，当分子筛填充质量分数为20%，操作温度设定为40℃，进料液质量分数为3%时，杂化膜对于乙醇/水体系的分离因子达到了9.8，渗透通量为1002 g/(m²·h)，而对于正丁醇/水体系，分离因子最高为65.4，渗透通量为1402 g/(m²·h)。这些数据表明，这种杂化膜具有良好的分离性能，对于实际的气体或液体分离应用具有潜在价值。 这项研究不仅提供了关于如何通过化学改性提高介孔分子筛性能的新方法，也为设计和优化复合膜的制备工艺以及提升其在特定分离任务中的效率提供了科学依据。这对于环保、能源等领域，尤其是渗透汽化技术的发展具有重要意义。