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耦合机器学习与高通量计算研究疏水MOFs在CO_(2)/C_(2)H_(2)膜分离中的构效关系
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作者 韩荣美 韩琪 +2 位作者 张政清 孙玉绣 乔志华 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第3期136-144,共9页
二氧化碳/乙炔(CO_(2)/C_(2)H_(2))分离在工业过程中的重要性推动了高效膜材料的开发,但膜材料在潮湿环境下的分离性能不稳定,因此开发能够在潮湿条件下保持优异性能的分离膜成为关键。本研究首先以ZIF-8的亨利系数为标准,建立了疏水性... 二氧化碳/乙炔(CO_(2)/C_(2)H_(2))分离在工业过程中的重要性推动了高效膜材料的开发,但膜材料在潮湿环境下的分离性能不稳定,因此开发能够在潮湿条件下保持优异性能的分离膜成为关键。本研究首先以ZIF-8的亨利系数为标准,建立了疏水性MOF数据库。通过巨正则蒙特卡罗(grand canonical Monte Carlo, GCMC)模拟和分子动力学(MD)模拟分别计算了用于CO_(2)/C_(2)H_(2)分离的MOF的热力学性质和扩散性质,筛选出Top 20个高性能疏水MOF膜。随后,基于MOFs的特征描述符和模拟结果,训练和测试了5种不同的机器学习(ML)模型,并采用最优的ML模型揭示了影响CO_(2)/C_(2)H_(2)分离性能的关键因素。最后,通过建立构效关系分析,确定了CO_(2)/C_(2)H_(2)分离的最佳MOF结构参数范围,为MOF膜材料的开发与优化提供了理论依据。 展开更多
关键词 金属-有机骨架 分子模拟 机器学习 CO_(2)/C_(2)H_(2)分离
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聚碳硅烷诱导的复合陶瓷膜的制备及其油水分离研究
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作者 张迪 贾海琦 +5 位作者 朱家明 张昭乾 李星 刘怀珠 廖明佳 龚耿浩 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第5期19-32,41,共15页
针对传统陶瓷膜制备工艺复杂、能耗高、分离性能受限等关键问题,本研究提出一种基于聚碳硅烷(PCS)衍生陶瓷与相转化/烧结工艺协同优化的复合陶瓷膜制备策略。以聚砜(PSf)为聚合物基质,氧化铝(Al_(2)O_(3))为基体材料,PCS为陶瓷前驱体,... 针对传统陶瓷膜制备工艺复杂、能耗高、分离性能受限等关键问题,本研究提出一种基于聚碳硅烷(PCS)衍生陶瓷与相转化/烧结工艺协同优化的复合陶瓷膜制备策略。以聚砜(PSf)为聚合物基质,氧化铝(Al_(2)O_(3))为基体材料,PCS为陶瓷前驱体,通过优化N-甲基吡咯烷酮/四氢呋喃(NMP/THF)混合溶剂体系,构建铸膜液。在1450℃烧结过程中,PCS热解生成的二氧化硅(SiO_(2))与Al_(2)O_(3)原位反应形成莫来石(3Al_(2)O_(3)·2SiO_(2))晶相,该晶相显著改善了膜材料的微观结构和力学性能。本研究系统探究了溶剂配比及凝固浴组成对膜性能的影响。研究表明,在不同凝固浴条件下制备的复合陶瓷膜具有以下显著优势:具有多孔结构特征;高孔隙率(52%~73%),优异的抗压强度(18.5~38.2 MPa)以及孔径可调控(90~320 nm);在处理1000 mg/L油水乳液时,展现出卓越的分离性能[渗透率13240~20540 L/(m^(2)·h·MPa),除油率98.1%~99.4%];具有突出的抗污染性能,经简易化学清洗即可实现90%的通量恢复率。相较于传统纯Al_(2)O_(3)膜,最优条件下制备的PCS-Al_(2)O_(3)复合陶瓷膜在孔隙率提升54%的同时,抗压强度并未发生明显衰减,其力学性能与纯Al_(2)O_(3)膜相当,成功突破了传统陶瓷膜“高孔隙率与高强度难以兼得”的技术瓶颈。 展开更多
关键词 陶瓷膜 聚碳硅烷 油水分离 相转化/烧结
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电催化膜反应器耦合臭氧技术处理印染废水反渗透浓缩液及Na_(2)SO_(4)资源化利用
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作者 王若晗 杜明辉 +1 位作者 王虹 李建新 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第3期127-135,共9页
含高盐和难降解有机物的印染废水反渗透(Reverse Osmosis, RO)浓缩液的有效处理是一项巨大的挑战。本文利用自制的多通道导电炭膜作为阴极,石墨板为辅助阳极,构建电催化膜反应耦合O_(3)体系(ECMR-O_(3))处理工业印染废水RO浓缩液。结果... 含高盐和难降解有机物的印染废水反渗透(Reverse Osmosis, RO)浓缩液的有效处理是一项巨大的挑战。本文利用自制的多通道导电炭膜作为阴极,石墨板为辅助阳极,构建电催化膜反应耦合O_(3)体系(ECMR-O_(3))处理工业印染废水RO浓缩液。结果表明,ECMR-O_(3)对RO浓缩液COD去除率达93.75%,出口COD质量浓度降低为48.15 mg/L,达到《纺织染整工业回用水水质标准》(FZ/T 01107 2011)(COD质量浓度<50 mg/L)。Na_(2)SO_(4)回用成本分析表明,处理每吨印染废水RO浓缩液可以回收28.1 kg Na_(2)SO_(4),具有客观的经济效益。借助电子自旋共振(ESR)证实了·OH是ECMR-O_(3)产生协同效应的关键活性物种,借助紫外可见光谱图(UV-Vis)和三维荧光光谱(3D-EEM)深入阐明降解机制,为印染废水RO浓缩液高效处理提供了一种有效途径。 展开更多
关键词 印染废水 反渗透浓缩液 电催化膜反应器 臭氧氧化 Na_(2)SO_(4)回收
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高碘酸钠促进PG/PEI共沉积改性中空纤维曝气膜性能优化及稳定性研究
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作者 李一心 周军浩 +5 位作者 刘子强 吴强 王暄 吕晓龙 张萌萌 胡皓楠 《膜科学与技术》 北大核心 2025年第3期170-178,共9页
膜曝气生物膜反应器(MABR)在废水处理中具有高效率、低成本和环境友好等优势,而膜材料作为MABR系统的核心部分,须具备优异的氧传质性能和稳定性。针对MABR研究中疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜在氧传质性能方面的不足以及稳定性较差等问... 膜曝气生物膜反应器(MABR)在废水处理中具有高效率、低成本和环境友好等优势,而膜材料作为MABR系统的核心部分,须具备优异的氧传质性能和稳定性。针对MABR研究中疏水性聚偏氟乙烯(PVDF)微孔膜在氧传质性能方面的不足以及稳定性较差等问题,本研究采用邻苯三酚(PG)和聚乙烯亚胺(PEI)体系对自制PVDF疏水性微孔膜进行表面共沉积改性,并引入高碘酸钠(SP)作为氧化剂。研究结果表明,改性膜较原膜亲水性提高,水接触角从89.7°下降到52.5°,泡点压力从8 kPa提升到66 kPa,氧转移系数从0.76×10^(-2)/min增加到1.47×10^(-2)/min(1.93倍),氧传质性能显著增强。此外,SP的引入显著缩短了共沉积时间并提高了改性膜稳定性,其中高盐环境下的稳定性能尤其优越。 展开更多
关键词 膜曝气生物膜反应器 疏水膜 邻苯三酚 聚乙烯亚胺 共沉积 高碘酸钠
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一种铝基平板孔金属有机骨架用于电子特种气体C_(3)F_(8)的高效分离与回收
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作者 方志 孙亮 +3 位作者 郑铭泽 申文豪 黄宏亮 仲崇立 《无机化学学报》 北大核心 2025年第10期2054-2062,共9页
本研究采用溶剂热法制备了一种具有狭缝孔结构的铝基-卟啉金属有机骨架(Al-TCPP)材料,并研究了其对电子特种气体C_(3)F_(8)的吸附分离和回收性能。所合成的Al-TCPP具有狭长平板孔结构,其孔尺寸为0.6 nm×1.1 nm,略微大于C_(3)F_(8)... 本研究采用溶剂热法制备了一种具有狭缝孔结构的铝基-卟啉金属有机骨架(Al-TCPP)材料,并研究了其对电子特种气体C_(3)F_(8)的吸附分离和回收性能。所合成的Al-TCPP具有狭长平板孔结构,其孔尺寸为0.6 nm×1.1 nm,略微大于C_(3)F_(8)的分子尺寸(0.57 nm×0.52 nm)。同时,Al-TCPP孔道内密布的C—H键与μ-OH基团可与C_(3)F_(8)的F原子形成多重氢键作用位点,进一步增强了对C_(3)F_(8)的亲和力。吸附实验结果表明,在298 K、100 kPa下Al-TCPP对C_(3)F_(8)的吸附量高达96.1 cm^(3)·g^(-1),而N_(2)吸附量仅为6.1 cm^(3)·g^(-1),其理想选择性高达244.8,超过了目前已报道的吸附剂材料。同时,C_(3)F_(8)在低压区的吸附热为50.6 kJ·mol^(-1),远高于N_(2)的16.5 kJ·mol^(-1)。密度泛函理论(DFT)计算表明,Al-TCPP结构中相邻的卟啉单元上的多个H原子可以同时与C_(3)F_(8)的多个F原子形成氢键。穿透实验证实Al-TCPP可以实现C_(3)F_(8)/N_(2)混合物的有效分离,并且通过脱附可以回收获得高纯度的C_(3)F_(8)。 展开更多
关键词 金属有机骨架 电子特种气体 八氟丙烷 吸附分离
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膜蒸馏过程能耗优化研究进展:从核心组件创新到系统工艺集成
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作者 刘子强 高海富 +2 位作者 刘雅庆 武春瑞 吕晓龙 《水处理技术》 北大核心 2025年第10期28-36,42,共10页
膜蒸馏(MD)技术是高危害、高浓水体处理与资源化的重要手段,其规模化应用始终面临MD过程的高热能消耗难题。膜组件结构优化与过程工艺强化是有效提升MD传热效率、降低传质阻力,解决MD能耗问题的关键。膜组件的几何构型的优化可增强料液... 膜蒸馏(MD)技术是高危害、高浓水体处理与资源化的重要手段,其规模化应用始终面临MD过程的高热能消耗难题。膜组件结构优化与过程工艺强化是有效提升MD传热效率、降低传质阻力,解决MD能耗问题的关键。膜组件的几何构型的优化可增强料液湍流程度,有效提升MD传热系数;多效工艺集成与工艺过程强化策略则可实现MD过程的热量高效回收,提升其热能利用率。因此,本文拟从传热传质作用机理出发,系统梳理MD组件及其装置的研究进展与应用现状,深入剖析现存技术瓶颈,阐明其在MD系统中的功能机理,为该技术的工业化应用与可持续发展提供理论指导。 展开更多
关键词 膜蒸馏 膜组件 膜工艺
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基于拉曼散射技术的阻垢剂快速检测及策略优化研究
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作者 曹加蕾 程志杨 +1 位作者 王捷 贾辉 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3288-3293,共6页
阻垢剂在反渗透系统中发挥着关键作用,其痕量检测对于确保系统高效稳定运行具有重要意义。然而,传统的紫外-可见分光光度法(UV-Vis)在灵敏度、准确性等方面存在局限性。基于拉曼散射(RS)和表面增强拉曼散射(SERS)技术,构建了适用于反渗... 阻垢剂在反渗透系统中发挥着关键作用,其痕量检测对于确保系统高效稳定运行具有重要意义。然而,传统的紫外-可见分光光度法(UV-Vis)在灵敏度、准确性等方面存在局限性。基于拉曼散射(RS)和表面增强拉曼散射(SERS)技术,构建了适用于反渗透(RO)系统中阻垢剂氨基三亚甲基膦酸(ATMP)的快速检测方法,比较了不同方法在检测性能及实际应用中的适用性。结果表明,RS与SERS在灵敏度、准确度和抗干扰能力方面均显著优于UV-Vis,且响应迅速。RS在0.5~1.0 mg·L^(-1)浓度范围内,检测时间小于4 min,适用于浓水中ATMP的快速定量检测;SERS技术在0.1~0.5 mg·L-1区间灵敏度更高,适用于进水中痕量ATMP的精准识别。在工业背景水样中,RS和SERS在典型离子和有机物干扰下仍保持较低误差,展现出潜在的实际应用前景。基于RS与SERS各自适用浓度区间的特点,实现了对进水与浓水中ATMP检测策略的优化,为RO系统中阻垢剂的高效监测提供了切实可行的技术路径。 展开更多
关键词 拉曼散射光谱 表面增强拉曼散射光谱 阻垢剂 氨基三亚甲基膦酸 银纳米溶胶
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非织造布结构及表面性质对反渗透膜支撑层和分离层性能影响
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作者 贾彦军 高璐 +4 位作者 赵莹莹 荆兆敬 郭紫阳 王海涛 常娜 《纺织学报》 2025年第9期171-180,共10页
聚酰胺复合反渗透膜主要由非织造布织物层、聚砜超滤支撑层和聚酰胺分离层构成。非织造布的微观结构及特性对聚砜超滤支撑层的结构具有重要影响,为制备高性能的复合反渗透膜,通过采用相转化法,基于不同结构特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯... 聚酰胺复合反渗透膜主要由非织造布织物层、聚砜超滤支撑层和聚酰胺分离层构成。非织造布的微观结构及特性对聚砜超滤支撑层的结构具有重要影响,为制备高性能的复合反渗透膜,通过采用相转化法,基于不同结构特性的聚对苯二甲酸乙二醇酯非织造布制备了一系列聚砜超滤基膜,探讨了非织造布平均截面密度、水接触角及温泽尔粗糙度等参数对基膜结构的影响。研究发现,当非织造布平均截面密度达到约0.75 g/(m^(2)·μm)时,通过平衡铸膜液的毛细渗透使其均匀渗透非织造布厚度的1/2,可形成孔径小于35 nm,分布均匀的聚砜超滤基膜;同时,在表面水接触角为60°±5°、温泽尔粗糙度为1.15±0.1的协同作用下,可保证间苯二胺水溶液均匀分散,促进界面聚合反应,最终形成了均匀、致密的聚酰胺层,使反渗透膜的脱盐率超过97%。 展开更多
关键词 非织造布 相转化法 聚砜 聚酰胺 反渗透膜 水处理
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