《氮化矽基中空纖維陶瓷膜的製備及其功能化》是依託中國科學技術大學，由徐鑫擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氮化矽基中空纖維陶瓷膜的製備及其功能化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐鑫
- 依託單位：中國科學技術大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
結構陶瓷的低維化和功能化是擴展其套用領域的重要途徑。針對能源、環境領域對材料在苛刻條件下套用的需求，我們通過相轉換法結合無壓燒結首次製備出氮化矽中空纖維陶瓷膜。所得陶瓷膜具有獨特的由長柱狀氮化矽晶粒互相交叉形成的堅強三維網路結構，初步結果顯示了在分離、純化上的套用潛力。研究內容包括設計合適的分散體系，製備出高穩定、高固含量、低粘度的氮化矽基陶瓷粉體漿料，研究漿料流變性以及相轉換工藝參數對中空纖維陶瓷膜素坯性能的影響，包括密度、指狀孔區域和海綿狀孔區域比例和位置、孔隙形狀、尺寸以及尺寸分布，並通過研究無壓燒結動力學，獲得顯微結構可控的氮化矽基中空纖維陶瓷膜。探索多孔中空纖維陶瓷膜在海水淡化、氣體分離、超濾等方面的套用；提出利用矽粉作起始原料，獲得高熱導率的緻密氮化矽中空纖維陶瓷膜，探索其作為熱交換器件的可行性。研究成果將對擴展氮化矽基結構陶瓷在國家急需的能源環保領域的套用奠定材料學基礎。
結題摘要
本申請研究高性能氮化矽基多孔陶瓷中空纖維膜的製備，及其在海水淡化、氣體分離等方面的套用。研究工作進展順利，圓滿完成研究計畫，共在AIChE J，J. membrane Sci, J. Am. Ceram. Soc, J. Eur. Ceram. Soc., J. Phys. Chem. C 等重要期刊發表標註SCI 論文16篇，多篇正在審稿中，另有一些數據正在整理，共申請發明專利3項。國際會議特邀報告2次，口頭報告11次。項目主要成果如下：（一）成功合成中空纖維膜：通過相轉化與燒結相結合製備了氮化矽中空纖維膜，通過成型工藝能有序調控膜的顯微結構，以適應不同領域的套用，並進一步將材料擴展到低熱導的Sialon陶瓷，Y2Si2O7陶瓷等。（二）具有不同微觀結構的平板膜合成：利用本實驗室開發的相轉變流延技術成功製備具有垂直直孔結構的氮化矽基平板膜，具有高氣孔率和低流動阻力。運用矽粉氮化結合流延成型工藝，低溫低成本合成Si3N4納米線織構而成的多孔氮化矽陶瓷膜，疏水改性後接觸角達到160度以上,實現超疏水性。（三）首次實現全陶瓷疏水膜：開發兩種工藝（包括甲基矽烷分子的原位氨解、聚合和可控熱解，聚矽氧烷的再聚和可控熱解），在膜表面生成了具有荷葉狀微納結構的SiNCO非晶納米陶瓷膜，成功獲得高穩定強疏水性全陶瓷膜，具有在苛刻條件下優異的長時間穩定性，並且將此技術套用到螢光材料的表面疏水化，提高了螢光材料在高溫高濕條件下的長時間穩定性。（四）陶瓷膜在不同領域的套用研究：在表面塗覆ZIF-8膜用於CO2和氫氣的分離；對表面進行疏水化處理後用於海水淡化膜蒸餾；通過顯微結構調控，直接用於富水油水混合物的油水分離；疏水化後用於富油油水混合物的油水分離，顯示了廣泛的工業套用前景。
