项目名称: 氧化锆溶胶-凝胶形成与界面传递相耦合的介尺度机理研究

项目编号: No.91534108

项目类型: 重大研究计划

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 范益群

作者单位: 南京工业大学

项目金额: 77万元

中文摘要: 在涉及从分/离子到颗粒的多尺度材料制备过程中,介尺度机制对阐述微观反应和传递行为、调控材料的结构和性能具有重要指导意义。但目前溶胶/凝胶过程涉及的介尺度行为机理尚不明确,使溶胶/凝胶形成、转化和界面传递耦合的微观现象无法解释。本项目在实验研究成功合成径粒小于10nm的颗粒溶胶基础上,进一步探索颗粒溶胶形成与界面凝胶化反应的介尺度机理,量化溶胶反应及凝胶演化对介尺度结构及性能的影响。以氧化锆纳滤膜为研究对象,研究锆盐水解反应路线、干燥环境调控及高温热处理等工艺参数对“溶液-水合物沉淀-溶胶-凝胶”多尺度反应和转化速率及界面凝胶化结构演变微观过程的影响,揭示溶胶/凝胶转化过程中的反应路径、实验条件与陶瓷纳滤膜材料的结构与性能的影响规律,完善颗粒溶胶-凝胶反应与传递的介尺度理论。该项目的实施为陶瓷纳滤膜结构和性能的定向设计、调控奠定了理论基础,为解决过程工业中大规模制备完整介孔/微孔膜作出贡献。

中文关键词: 陶瓷纳滤膜;氧化锆;溶胶-凝胶;介尺度反应;界面传递

英文摘要: For the multiple -scale materials preparation from molecule in nanometers to particle in micrometers, meso-scale mechanism provides meaningful guidance to explaining the microscopic behavior of reactions coupled with interface transport and regulating the structure and performance of the materials. However, it is difficult to explain the microscopic behavior of the sel/gel formation coupled with the inerface transport due to the unavailable meso-scale mechanism. Based on our previous study (successful production of sol particles with diameter less than 10 nm), this work is devoted to exploring the meso-scale mechanism for the formation of sol and gel, as well as quantifying the effect of the chemical formation of sol and physical evolution of gel on the structure and performance of meso-scale materails. To achieve this, this work, taking Zirconia nanofiltration membrane as the reasearch object, will investigate the effect of several key parameters, including the reaction route for zirconium salt hydrolyzation, the environmental conditions for drying process and the methods for thermal processing, on the multiple-scale (solution-precipitate-sel-gel) reaction and its formation rate as well as the evolution process of gelation on microcosmic surface. The research achievement is beneficial to finding out the effect of reaction route and operational conditions on the structure and performance of ceramic nanofiltration membrane. This work will underpin much of the design and regulation of ceramic nanofiltration membrane, as well as making significant contribution to the large-scale preparation of meso-microporous membrane in process industry.

英文关键词: ceramic nanofiltration membrane;ziconia;sol-gel;meso-scale reaction;interface transport

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