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气体辅助成膜法制备杂化催化膜,技术简单、操作容易。催化膜组件将化学反应和物质分离结合,工艺过程更加紧凑,降低成本。本文以NiCl2为催化剂前驱体,NaBH4为还原剂,PVDF为基膜材料制备杂化催化膜和中空纤维催化膜,并研究了制备条件对其结构和性能的影响,也对中空纤维催化膜的产氢工艺进行了研究。主要研究内容如下: (1)采用气体辅助成膜原理,通过共混法制备了PVDF-Ni杂化催化膜,分别考察了NiCl2、PEG的添加量以及不同凝固浴法对杂化催化膜亲水性能、力学性能和催化性能的影响。结果表明,NiCl2提高了膜的水通量、孔隙率和力学性能,PEG有助于催化剂的均匀分布。采用一步法凝固浴,PEG和NiCl2浓度分别5%为8%时,催化剂在膜表面均匀分布,固定牢固,水通量为18.80L/(m2·h),接触角为76.9°,力学性能较好,杂化催化膜的催化产氢活性和稳定性较好。 (2)表面吸附还原法制备了PVDF-Ni中空纤维催化膜,对其制膜工艺进行了优化。分析表明,制备催化膜的最佳条件为20wt.%NaOH预处理,0.2MNiCl2溶液中吸附和1MNaBH4溶液中还原,重复处理6次。此条件下制备的催化膜表面催化剂负载量达到28.4%,分散均匀,催化活性强。 (3)制备好的中空纤维催化膜进行NaBH4的催化产氢工艺研究。结果表明,催化速率与催化剂的浓度呈直线关系;NaOH和NaBH4的浓度对催化活性影响均很小;温度的影响较大,活化能为Ea=55.3kJ·mol-1;催化膜重复产氢6次,催化活性仍很好,表明其催化稳定性较好。催化膜在1.0wt.%NaBH4和0.5wt.%NaOH水溶液中30℃下的催化活性达到388.8ml·min-1·m-2CMs。膜组件的产氢速率和催化膜几乎相同,其实现了催化产氢和气液分离一体化。