Pd-Nb-聚倍半硅氧烷的协同作用机制对有机无机杂化微孔SiO2膜性能影响的基础研究

基本信息
批准号:21276123
项目类别:面上项目
资助金额:78.00
负责人:漆虹
学科分类:
依托单位:南京工业大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:蔡媛媛,李世大,陈慧如,李丽,朱瓌之,赵媛
关键词:
2二(三乙氧基硅基)乙烷CO2分离1水热稳定性有机无机杂化微孔SiO2膜PdCl2和五正丁氧基铌
结项摘要

To fabricate microporous silica-based membranes providing with high H2 permeability and sufficient high H2/CO2 permselectivity,especially with excellent hydrothermal stability, is one of the bottle necks for implementation of ceramic microporous membranes in steam reforming and water gas shift reactions. Herein, we proposed a promising Pd-Nb doped hybrid silica membrane, as palladium and niobium are to be introduced into the bridged polysilsesquioxane networks through sol-gel approach by using hydrophobic bridged silsesquioxane,niobium pent(n)butoxide and PdCl2 as precursors. The hydrophobic -Si-CH2-CH2-Si- host structures will render the membrane a high hydrothermal stability.While the H2 permeance of the membrane can be enhanced via the palladium dopant, which can facilitate the hydrogen transportation. Simutaneously, much lower CO2 permeance of the membrane is possible due to the strong acid sites presented in membrane surface centers, which are generated by the niobium dopant.Effects of the status of palladium and niobium presented in the membrane, together with that interactions with the bridged polysilsesquioxane networks, on performances of microporous hybrid silica membranes, will be investigated in detail. The objective of this proposal is to construct a promising Pd-Nb doped hybrid silica microporous membrane, which will exhibit integrated properties of hydrogen permeability, carbon dioxide selectivity and hydrothermal stability. The above-mentioned investigations will open a new way to design microporous membranes that providing integrated high performances. More important, it is the fundamental research for ceramic membrane reactors that can be applied in main streams of the petro-chemical processes.

构筑具有高H2渗透性能和H2/CO2分离选择性,以及优异水热稳定性的微孔SiO2膜材料,是实现微孔陶瓷膜反应器用于甲烷水蒸气重整和水煤气变换反应的瓶颈和难点之一。本项目以疏水性倍半硅氧烷、五正丁氧基铌和PdCl2为前驱体,通过溶胶凝胶法将钯和铌同时引入有机无机杂化SiO2膜微结构中。利用膜微结构中疏水的-Si-CH2-CH2-Si-主体网络骨架提高膜的水热稳定性;并在膜孔筛分机理的基础上,借助Pd的选择透氢机理和Nb的强酸性,实现膜H2渗透性能和H2/CO2分离选择性的同时提高。通过Pd、Nb存在状态以及与聚倍半硅氧烷网络键合方式对微孔膜性能影响的研究,构建出H2渗透性,CO2选择性和水热稳定性三者相统一的Pd-Nb掺杂的有机无机杂化SiO2膜材料。不但为解决目前SiO2微孔膜研究中三项性能难以同时提高这一关键问题提供了新思路,而且可以奠定微孔膜反应器应用于石油化工主流程中的膜材料基础。

项目摘要

本项目以疏水性倍半硅氧烷(BTESE)、五正丁氧基铌和PdCl2为前驱体,通过溶胶凝胶法将钯和铌引入有机无机杂化SiO2膜微结构中以同时提高膜材料的分离性能和水热稳定性。详细研究了未掺杂、Nb掺杂、Pd掺杂和Pd-Nb二元掺杂的有机无机杂化SiO2四个体系的溶胶-凝胶过程,确定了适宜涂膜的溶胶制备条件,制备出了完整无缺陷的微孔气体分离膜,揭示了Pd、Nb掺杂对有机无机杂化SiO2膜的分离性能、水热稳定性能的影响。本项目制备出的有机无机杂化SiO2膜对H2的渗透率为2.9×10-7 mol·m-2·s-1·Pa-1,对H2/CO2的理想分离因子达到9.5;Nb掺杂的有机无机杂化SiO2膜对H2/CO2的理想分离因子高达23,但H2渗透性能较低(8.36×10-8 mol·m-2·s-1·Pa-1);在水蒸气氛围下烧成的Pd掺杂的有机无机杂化SiO2膜不仅具有很好的H2筛分性能(H2渗透率为2.5×10-7 mol·m-2·s-1·Pa-1,H2/CO2理想分离因子为9.2),在水蒸气环境中还表现出优异的稳定性(在100 kPa水蒸气环境中H2,CO2渗透率基本维持不变,稳定时间长达190 h);Pd-Nb掺杂的有机无机杂化SiO2膜的H2渗透率为1.5×10-7 mol·m-2·s-1·Pa-1,H2/CO2理想分离因子为18.1,分离H2和CO2混合气(H2体积浓度为50%)时,分离因子高达218,表明在Pd-Nb协同作用下,膜的H2/CO2分离性能得到了显著的提高。通过4年研究,本项目获得了具有优异的筛分性能和水热稳定性能的膜材料,为微孔膜反应器在石油化工领域的应用提供了新的可选材料;项目组共发表学术论文14篇,其中SCI收录12篇,申请专利8项,其中授权2项,培养研究生13名,获教育部技术发明奖二等奖1项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

Efficient photocatalytic degradation of organic dyes and reaction mechanism with Ag2CO3/Bi2O2CO3 photocatalyst under visible light irradiation

Efficient photocatalytic degradation of organic dyes and reaction mechanism with Ag2CO3/Bi2O2CO3 photocatalyst under visible light irradiation

DOI:
发表时间:2016
2

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
3

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

涡度相关技术及其在陆地生态系统通量研究中的应用

DOI:10.17521/cjpe.2019.0351
发表时间:2020
4

Intensive photocatalytic activity enhancement of Bi5O7I via coupling with band structure and content adjustable BiOBrxI1-x

Intensive photocatalytic activity enhancement of Bi5O7I via coupling with band structure and content adjustable BiOBrxI1-x

DOI:10.1016/j.scib.2017.12.016
发表时间:2018
5

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

氟化铵对CoMoS /ZrO_2催化4-甲基酚加氢脱氧性能的影响

DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2022.10.026
发表时间:2022

漆虹的其他基金

批准号:20906047
批准年份:2009
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

有机—无机杂化聚硅氧烷弹性体

批准号:59873027
批准年份:1998
负责人:胡春野
学科分类:E0305
资助金额:14.00
项目类别:面上项目
2

基于多尺度笼型倍半硅氧烷的新型聚芳醚砜低介电有机无机杂化材料研究

批准号:51403013
批准年份:2014
负责人:周政
学科分类:E0304
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

多胺桥联聚倍半硅氧烷杂化材料的孔结构调控及性能研究

批准号:51302127
批准年份:2013
负责人:孙昌梅
学科分类:E0205
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

低介电常数聚芳醚酮/笼型倍半硅氧烷杂化材料的制备及其性能研究

批准号:51073066
批准年份:2010
负责人:王贵宾
学科分类:E0304
资助金额:38.00
项目类别:面上项目