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煤基多孔炭膜去除压载水中微藻的研究

宋成文 , 陶平 , 宋学凯 , 吴帅华 , 邵秘华 , 高光锐 , 冯祎宁 , 王同华

无机材料学报 doi:10.3724/SP.J.1077.2013.12761

针对船舶压载水转移所引起的外来生物入侵问题,开发了以廉价煤为原料经挤压成型、炭化等工艺制备出煤基管状多孔炭膜.分别采用扫描电镜和气体泡压技术对煤基炭膜的微观形貌和孔结构特性进行表征,并详细考察了压载水处理过程中微藻种类、跨膜压差、错流速率以及微藻密度对处理效果的影响.实验结果表明,煤基炭膜表面光滑,孔隙结构发达,孔径均一,这非常有利于处理压载水中微藻.压载水中微藻尺寸越大,膜的稳定通量越小;增大跨膜压差,膜的稳定通量增幅变缓,尤其对含有小球藻和叉鞭金藻的模拟压载水,因其尺寸与炭膜平均孔径相近,容易受压变形进入膜孔形成膜内污染,变缓程度更为明显;增大错流流速可增大膜表面剪切力,减少微藻在膜表面堆积,提高炭膜的稳定通量;提高藻液密度,加重膜表面污染,降低膜的稳定通量.经炭膜处理后,渗透液中均未检出微藻的存在,显示出煤基多孔炭膜在船舶压载水处理领域具有潜在的应用前景.

关键词: 煤 , 炭膜 , 压载水 , 微藻

管状复合炭膜的制备及气体分离性能

刘颖 , 王同华 , 李琳 , 赵选英 , 宋学凯

膜科学与技术 doi:10.3969/j.issn.1007-8924.2010.03.010

以商用PMDA-0DA型聚酰胺酸为涂膜液,采用浸渍涂膜法制备管状复合炭膜,考察支撑体的孔径尺寸、涂膜液浓度以及加入添加剂对所制备复合炭膜的气体分离性能的影响;并利用热重分析及扫描电镜考察所制备炭膜的热分解行为和复合效果.结果表明,与混煤支撑体相比,烟煤支撑体所制备的管状复合炭膜表现出更好的气体分离性能;随着涂膜液浓度的增加,气体的渗透速率呈先下降后上升的趋势,选择性则先增大后减小;添加表面活性剂不仅改善了涂膜液与支撑体表面的复合效果,减少了涂膜次数,同时提高了炭膜的气体渗透能力;在最佳制膜工艺条件下,H2、O2、CO2、N2的渗透速率分别为176.3×10-10、16.97×10-10、15.57×10-10、1.79×10-10mol/(m2·s·Pa),H2/N2、O2/N2、CO2/N2的选择性为100.7,10,9.34.

关键词: 复合炭膜 , 聚酰亚胺 , 气体分离

煤基管状微滤炭膜的增强改性

宋学凯 , 王同华 , 张万栋 , 姜华玮 , 张煜 , 董军营

膜科学与技术 doi:10.3969/j.issn.1007-8924.2011.01.008

针对微滤炭膜机械强度的不足,采用在煤中加入炭纤维增强材料和调控不同煤种的比例关系的方法对其进行机械强度的增强改性.结果表明,在无烟煤基炭膜中加入炭纤维对其机械强度的改善效果不明显.而同时加入粘结性烟煤可明显地改善炭膜的机械强度,并随着炭纤维加入量的提高炭膜的抗冲击强度增加显著,但径向抗压强度略有降低.通过调控不同煤种的比例关系也可明显地提高炭膜的机械强度.扫描电镜分析发现,粘结性烟煤的加入改善了炭纤维和炭膜基体的复合效果,炭纤维在炭膜中沿炭膜长度方向取向分布.

关键词: 煤 , 炭膜 , 炭纤维 , 增强

有序介孔复合炭膜的制备及其性能研究

姜华玮 , 王同华 , 李琳 , 刘颖 , 宋学凯

新型炭材料

采用软模板法合成有序介孔炭(OMC),利用XRD、TEM及SEM等分析方法对其进行结构性能分析,探讨了催化剂和模板剂的种类及用量、反应温度等合成工艺条件对形成OMC结构性能的影响.以最佳工艺条件制备的OMC前驱体为涂膜液涂敷在管状微滤炭膜表面,经炭化制得有序介孔复合炭膜,而后考察了复合炭膜的气体渗透性能.结果表明:以盐酸为催化剂、模板剂F127/间苯二酚摩尔比为0.0081、反应温度为30℃时,可合成有序程度最佳的OMC前驱体.用该OMC前驱体涂敷微滤炭膜制备的有序介孔复合炭膜,改善了微滤炭膜的孔结构,最大孔径由0.530μm减小至0.299μm,同时提高了炭膜的气体渗透通量.其中,由混煤微滤炭膜所制有序介孔复合炭膜,N2气渗透通量达1.18·10-8m3·m-2·s-1·Pa-1,是未经修饰烟煤微滤炭膜的4倍.

关键词: 复合炭膜 , 气体渗透通量 , 有序介孔炭