金属-有机骨架材料用于去除天然气中H2S的计算研究

众所周知, 天然气作为一种利用效率高的清洁能源, 其需求量正与日俱增. 但天然气中包含的H₂S等有害气体会危害人类健康、腐蚀设备、污染生态环境等. 为解决这一问题, 寻找良好的H₂S吸附剂, 本文采用巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)模拟方法, 针对天然气中H₂S/CH₄混合气分离, 对33种具有代表性的稳定金属-有机骨架(MOF)材料进行H₂S选择性和工作容量(变压吸附(PSA)及真空变压吸附(VSA)过程)的筛选. 结果表明,ZIF-80, Zn₂-bpydtc, CAU-1-(OH)₂, CH₃O-MOFa最适用于本体系VSA过程的气体分离; 而后两者最适用于PSA过程的气体分离.通过分析高选择性和高工作容量材料的结构特征, 发现改性官能基团以及小孔作用的出现是影响选择性的关键因素, 其中―Cl、―OH、―OCH₃基团对H₂S气体的吸附作用力最强. 具有高的工作容量材料的特点是选择性高, 对气体吸附作用力大, 吸附位置多. 基于筛选出的高选择性、高工作容量的稳定MOF材料总结出的强化H₂S选择性及工作容量的一般性规律, 为MOF材料应用于天然气脱硫提供了理论基础.     

金属-有机骨架材料用于废水处理

废水中的各种有害物质常常具有生物毒性或致癌性,因此如何高效、节能地处理水体污染是一个亟待解决的重要问题。金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks, MOFs)是一种新型纳米多孔材料,具有种类多样性、结构可设计性与可调控性、高比表面积及良好的热稳定性等优点,已成为当前化学、材料学科的一个研究热点, 在多个领域显示出潜在的应用前景,尤其是在分离方面。与气相分离相比,MOFs用于液相分离的研究较少。本文综述了近年来MOFs用于含有染料、药物、醇、芳香族化合物、重金属离子及其他离子的废水处理的研究进展,重点剖析了MOFs的孔结构、骨架电荷及功能性对分离效果的影响,并结合本课题组的研究工作,对这种新型多功能材料在水处理方面的前景和今后的研究重点作了展望。     

杂质对金属-有机骨架材料分离烟道气性能影响的分子模拟研究

采用分子模拟方法系统研究了杂质(水、O2和SO2)对5种金属-有机骨架材料(ZIF-8,NOTT-300,UiO-66(Zr),UiO-66-NH2和UiO-66-2COOH)的烟道气分离性能的影响,并探讨了其微观机理.结果表明,O2和SO2对这些材料的CO2/N2分离选择性影响不大;水对ZIF-8和UiO-66(Zr)的分离选择性影响不大,而对NOTT-300和UiO-66-NH2的分离选择性具有提升作用;UiO-66-2COOH对CO2的选择性有所降低.在干燥的环境下,UiO-66-2COOH的选择性最高,而在湿润的环境下,UiO-66-NH2的选择性最高.为捕获CO2的新型材料设计提供理论指导.     

热力学和计算化学在纳微结构材料构效关系研究与设计中的应用

目前,纳微结构新材料已成为化工过程强化的重要手段之一.金属-有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs)是由金属离子与有机配体通过配位键自组装而成的新型纳米多孔材料,有望在储气、分离、催化、传感及制药等领域获得广泛应用.本文以MOF材料为例,结合本课题组的工作,介绍了热力学与计算化学在纳微结构材料构效关系研究与设计中的应用.