咔唑基噻咯微孔骨架材料的合成及其气体吸附

分别以1,1-二甲基-3,4-二苯基-2,5-双(4-(9-苯基-咔唑))噻咯、1-甲基-1,3,4-三苯基-2,5-双(4-(9-苯基-咔唑))噻咯和1,1,3,4-四苯基-2,5-双(4-(9-苯基-咔唑)噻咯单元为前驱体,通过氧化偶联聚合,制备了3种微孔骨架材料CPDM-CzS、CPPM-CzS和CPDP-CzS。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、冷场发射扫描电子显微镜(FSEM)和透射电子显微镜(TEM)对3种聚合物的结构和形貌进行了表征,采用N_2吸附、CO_2吸附、H_2吸附和CH_4吸附对材料的孔道性能和气体吸附性能进行了研究。结果表明:CPDM-CzS具有较高的CO_2吸附量(2.1 mmol/g,113 kPa,273 K)和优良的CO_2/N_2选择性气体吸附值(75.2),CPPMCzS具有较高的H_2吸附量(0.0151 g/g,113 kPa,77 K)。     

卟啉基超交联聚合物的合成及其对二氧化碳和汞(Ⅱ)离子的吸附北大核心CSCD

超交联聚合物(HCPs)具有较高的比表面积和独特的孔结构,且制备方法简单、合成原料广泛,是多孔有机聚合物的研究热点之一。卟啉是一类由4个吡咯类亚基的α-碳原子通过次甲基桥互联形成的大分子杂环化合物,可与多种金属形成稳定的配合物,在重金属的吸附与检测、气体的吸附与分离等方面具有很好的应用。卟啉结构的HCPs也有了较多的报道,然而当前报道的卟啉结构HCPs几乎均是通过Friedel-Crafts烷基化反应构筑的。Friedel-Crafts酰基化反应在卟啉结构HCPs上报道较少。而通过Friedel-Crafts酰基化反应制备的聚合物表面含大量羰基,为其进一步功能化提供了可能。但是,这类聚合物的比表面积低、孔结构差,而其优良孔结构的构建是亟待解决的问题。为此,本文在四苯基卟啉与1,2,4,5-苯四甲酸酐通过Friedel-Crafts酰基化反应制备的聚合物的基础上,进一步通过席夫碱反应,用含刚性三嗪环的三聚氰胺将其进一步交联,合成了三聚氰胺修饰的卟啉基超交联聚合物。结果发现,三聚氰胺的引入不仅实现了超交联聚合物孔结构的支撑,使得聚合物比表面积极大增长(从2 m^(2)/g增加到118 m^(2)/g),且具有优良的多级孔结构。三聚氰胺修饰卟啉基超交联聚合物的高氮质量分数(46.28%)和多级孔结构使其对CO_(2)(93 mg/g,273 K,101 kPa)和Hg^(2+)(494.1 mg/g,298 K)具有较好的吸附。     

磷酸可待因在安伯来特IRP-69上的离子交换平衡特性研究

采用批式离子交换法研究了磷酸可待因在安伯来特IRP-69上的离子交换平衡特性、动力学及热力学特征.结果表明,在3个温度(298K、308K和318K)及研究的浓度范围内,离子交换吸附等温方程和Freundlich方程都能够对磷酸可待因在安伯来特IRP-69上的离子交换平衡等温线进行很好的拟合,其离子交换动力学特征基本符合二级动力学方程.磷酸可待因在安伯来特IRP-69上的离子交换行为的热力学参数(ΔH、ΔG、ΔS)都小于0.在3个温度(298K、308K和318K)下,同一初始浓度(350mmol/L)的磷酸可待因在安伯来特IRP-69上的平衡交换吸附量分别为1.1295mmol/g、1.1203 mmol/g和1.1129 mmol/g.     

两种新型多孔金属-有机凝胶的合成、表征与气体吸附性能

以1,4-二(3-乙酰丙酮基)苯(DAB)为有机配体分别与铝离子和铬离子反应,合成出2个新型的金属-有机凝胶:Al-湿凝胶和Cr-湿凝胶,通过直接干燥法得到相应的2种多孔干凝胶:Al-干凝胶和Cr-干凝胶.通过X射线粉末衍射仪(PXRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、X射线能谱仪(EDS)和氮气吸附-脱附仪对凝胶材料的结构和形貌进行了表征.结果显示,2种多孔金属有机凝胶材料是由球状纳米粒子堆积而成,具有较高的比表面积、丰富的微孔及少量的介孔结构.气体吸附性能测试结果表明,Al-干凝胶的比表面积为790.3 m2/g,在1.01×105Pa,77 K下能够吸附117.45 cm3/g的氢气,在273 K下能够吸附60.74 cm3/g的二氧化碳.     

A型沸石/活性炭复合材料的制备及甲烷/氮气吸附分离性能

以沥青和煤矸石为原料,经炭化、活化后获得型体活性炭材料(AC),并在此基础上进行水热晶化,研究晶化时间对复合材料中4A沸石的形成、孔结构和甲烷、氮气吸附性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、77 K下的氮气吸附-脱附以及273 K下的CO_2吸附等温线对样品进行表征,结果表明水热晶化后,复合材料中的硅铝形成立方结构的4A沸石,出现了0.45~0.6 nm的微孔,微孔孔容增加,并伴有少量的中孔和大孔。复合材料在298 K下的甲烷(CH_4)和氮气(N_2)吸附等温线的结果表明,晶化时间6 h的复合材料AC-2的甲烷吸附量被提高至10.8 m L/g,并保持较高的CH4/N2平衡分离比(3.7)。     

用气相色谱法研究煤与半焦的特性 Ⅰ.煤和在氮气氛下热解半焦的微孔

本文采用气相色谱法测定太原贫煤、大同烟煤、可保褐煤及其半焦比表面积(σ)。以N_2,CO_2为吸附质,He 为载气时,分别在-196℃,-78℃下吸附时,得到贫煤、烟煤、褐煤的σ_(N_2)依次为2.7,1.5,1.0m~2/g;σ_(CO_2)为50.1,50.0,16.1 m~2/g。贫、烟煤在660℃下热裂解,褐煤在720℃下热裂解时,所得半焦的σ_(CO_2)最大,其值依次为170.0,169.2,268.7m~2/g。此外还发现半焦能在-196℃下吸附氢气,在H_2压为500mmHg 柱时,吸氢量分别为40,60,110ml(STP)/g。文中讨论了煤和半焦的σ_(CO_2)>σ_(N_2)及半焦能吸附H_2的原因,认为主要是有N_2分子不能进入的微孔存在,即煤和焦有筛选不同分子的能力,就是所谓的“分子筛性质”。     

KIT-6负载CeO2催化CO2和甲醇合成碳酸二甲酯

采用不同老化温度(80、100、120和150℃)合成了一系列KIT-6载体,并通过浸渍法制备了相应的CeO_2/KIT-6催化剂。结合X射线衍射、N_2物理吸附、NH_3程序升温脱附、CO_2程序升温脱附、透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱等表征结果,详细考察了老化温度对KIT-6结构以及CeO_2/KIT-6催化剂直接催化CO_2和甲醇合成碳酸二甲酯(DMC)反应活性的影响。结果表明,不同老化温度下制备的KIT-6均保持其独特的三维孔道结构。随着老化温度升高,KIT-6比表面积先增大后减小,当老化温度为100℃时,KIT-6比表面积达到最大(683 m~2·g~(-1))。KIT-6较高的比表面积有利于提高CeO_2分散度,进而提高暴露的活性位点数量,催化活性随催化剂表面中等碱/酸性吸附位数量和Ce~(3+)含量的增加而逐渐提高。其中,CeO_2/100-KIT-6催化剂中CeO_2颗粒尺寸最小(5.9 nm),暴露的活性位数量最高,催化活性最佳。随后,考察了反应温度和压力对CeO_2/100-KIT-6催化活性的影响。随着反应温度提高,催化活性先升高后降低,当反应温度为140℃时,催化活性最高;且催化活性随反应压力的提高而逐渐增加。在反应温度为140℃、压力为6.8 MPa条件下,催化剂经6次循环后,DMC收率由15 mmol·g_(CeO_2)~(-1)逐渐降低至2.8 mmol·g_(CeO_2)~(-1),原因归结为反应过程中CeO_2纳米颗粒发生团聚,使暴露出的活性位数量减少。     

树枝状硅钛杂化纳米球的制备及乙醚催化发光性能研究

采用两步后接枝法制备了树枝状硅钛杂化纳米球(DMSTNs),将DMSTNs均匀涂覆于陶瓷加热棒表面构建了一种新型乙醚催化发光传感平台。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、傅里叶红外光谱(FT-IR)以及N_2吸附-解吸曲线对DMSTNs的形貌、结构、晶型、化学组成、孔体积、比表面积等进行表征,并讨论了乙醚在DMSTNs催化剂表面的催化发光机理。在优化条件下(440 nm吸收波长、380℃反应温度、270 mL/min载气流速),乙醚传感器催化发光强度与乙醚浓度在10～45 mmol/L范围内有良好的线性关系(R~2=0.9933),检出限为4 mmol/L,相对标准偏差RSD为2.4%(S/N=3)。     

氨基修饰的金属有机框架Cu_3(BTC)_2的制备及其CO_2吸附性能研究

首先制备了嫁接氨基的均苯三甲酸,同时以其为原料通过溶剂热法合成了金属有机框架材料Cu_3(NH_2BTC)_2,利用XRD、N_2吸附-脱附、热重、红外、原位红外分析等表征手段对吸附剂进行了表征,并通过固定床测量穿透曲线的方法研究其CO_2吸附性能。结果表明,氨基被成功引入Cu_3(BTC)_2骨架中。氨基修饰的Cu_3(BTC)_2对CO_2有着较高的吸附容量,在10 kPa,50℃的条件下CO_2吸附量为1.41 mmol/g,这源于材料对于CO_2同时存在着物理吸附和化学吸附。     

聚丙烯腈树脂基固态胺吸附剂的制备及其对CO_2吸附性能研究

以丙烯腈(AN)为单体,二乙烯苯(DVB)为交联剂,采用悬浮聚合法制备了多孔聚丙烯腈聚合物(PAN),进一步通过胺化反应制备了含有较高密度胺基的固态胺吸附材料.利用N2吸附-脱附等温线、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TG)等方法表征了吸附材料的结构和形貌.研究了有机胺化试剂类型对所制备的材料结构的影响,以及吸附温度、湿度等对其CO_2吸附性能的影响.研究结果表明,当吸附温度为25°C、流速为30 m L/min、CO_2浓度为10%、有机胺为四乙烯五胺(TEPA)时,固态胺吸附材料PAN-TEPA对CO_2的吸附量可达1.87 mmol/g.水的存在能显著提高PAN-TEPA的吸附量,饱和水蒸气下,其对CO_2的平衡吸附量为2.97 mmol/g.动力学研究发现,Avrami模型能很好地拟合PAN-TEPA在不同温度下的吸附过程,揭示PAN-TEPA对CO_2的吸附过程是物理吸附和化学吸附共同作用的效果.经过10次循环再生吸附后,PAN-TEPA的吸附量仍可以达到初始吸附量的98%.上述研究结果表明,PANTEPA对CO_2具有良好的吸附性能和稳定的再生性能,其在CO_2的捕集方面具有重要的应用前景.     

晶种法合成UZM-9分子筛及其CO2/CH4/N2吸附分离性能

以TEAOH和TMAOH为有机模板剂,酸处理的UZM-9分子筛为晶种,采用水热法在48 h内合成出分子筛UZM-9,并对其CO₂/CH₄/N₂的吸附分离性能进行了研究。采用XRD、ICP、TG、SEM与气体吸附等手段对晶种法合成的UZM-9分子筛结构、耐水稳定性与吸附性能进行了研究。结果表明,晶种法可以在2 d内合成出硅铝原子比在3以上、收率达到65%的UZM-9分子筛;所得分子筛的CO₂吸附容量可以达到5 mmol/g以上,吸附热为34 kJ/mol,CO₂/CH₄、CO₂/N₂与CH₄/N₂的平均分离因子分别为100、240与2.4,CO₂分离性能优良且具有一定耐水性能。     

Porous Organic Frameworks-derived Porous Carbons with Outstanding Gas Adsorption Performance

A series of porous carbon materials was synthesized via high temperature pyrolysis from well-defined and thermally stable precursors, namely porous organic frameworks(POFs), in inert atmosphere. The porous carbon materials showed enhanced gas adsorption capacities together with increased heat of adsorption and stronger affinity between the frameworks and the gases as compared to the precursor materials. To exemplify, sample C-POF-TBBP-1000 with a high BET surface area of 1290 m²/g can adsorb 2.8 mmol/g CH₄(273 K, 101.325 kPa), 5.4 mmol/g CO₂(273 K, 101.325 kPa) and 2.2% H₂(mass fraction, 77 K, 101.325 kPa), thereby surpassing most other porous adsorbent materials reported till date. The study highlights the potential of porous carbons derived from novel porous organic framework structures for gas adsorption applications.     

二氧化碳/甲烷/氮气二元混合物在有序介孔碳材料CMK-3 中的吸附和分离

采用分子模拟与吸附理论研究了天然气成分在有序介孔碳材料CMK-3上的吸附和分离.巨正则系综蒙特卡罗(GCMC)模拟表明,CH4和CO2气体的较优存储条件分别为208 K、4 MPa和298 K、6 MPa,其最大超额吸附量分别为10.07和14.85 mmol· g-1.基于双位Langmuir-Freundlich (DSLF)模型,使用理想吸附溶液理论(IAST)预测了不同二元混合物在CMK-3中的分离行为,发现吸附选择性Sco2/CH4与ScH4/N2比较接近,在298 K和4 MPa下约等于3,而N2-CO2体系中的CO2吸附选择性较高,可达到7.5,说明CMK-3是一种适合吸附和分离天然气组分的碳材料.     

二次嫁接法制备氨基修饰的硅基二氧化碳吸附剂

采用二次嫁接法制备了一系列氨基修饰的SBA-15二氧化碳(CO₂)吸附剂,利用XRD、BET、热重、元素分析、电镜、红外等表征手段对吸附剂进行了表征,并通过固定床测量穿透曲线的方法研究了其CO₂吸附性能,分别考察了不同制备途径和不同有机胺类型等因素对吸附剂结构以及其CO₂吸附性能的影响,同时,还通过多次吸脱附实验考察了吸附剂循环吸脱附的稳定性。结果表明,超声法所制备的聚乙烯亚胺(PEI)嫁接的吸附剂具有最优的CO₂吸附性能,在CO₂分压为10 kPa,反应温度为25 ℃时,吸附量达到1.72 mmol/g;进行多次循环吸脱附实验后,吸附量未见明显降低,表明吸附剂具有稳定的循环吸附性能。     

Separation of CO_2–N_2 using zeolite NaKA with high selectivity

The adsorption method based on solid adsorbents is one of feasible ways to capture and store CO_2. Using the ion exchange method, different zeolites Na KA varying in K+content were produced. The adsorption isotherms and kinetic uptakes were measured. The experimental results show that the optimal NaKA could adsorb significant quantities of CO_2 and little N_2. On the zeolite Na KA with 14.7 at.% K+, the adsorption capacity for pure CO_2 is over 3.10 mmol g~(-1) and the CO_2–N_2 selectivity is about 149 at ambient pressure and temperature. The kinetic CO_2–N_2 selectivity could also achieved 200 within 3 min according to the uptake data. To demonstrate the separation effectiveness, breakthrough curves of pure components and binary mixtures were investigated experimentally and theoretically in a fixed bed. It is found that the breakthrough points of CO_2 and N_2 are almost at the same time under the atmospheric pressure at 348 K with the raw gas composition CO_2/N_2(20:80, v/v). If the pressure has been increased higher than 0.1 MPa, CO_2 would break through the bed much slower than N_2. Therefore, the pressure may become the limiting factor for the separation performance of zeolites NaKA.     

In-situ FT-IR spectra of surface Adspecies of Nitrogen or Hydrogen on Ru/MWNTs

The IR studies on Ru surfaces have revealed important information such as disposition of nitogen^[1-3] and adsorption site of H^[3-4]. Most of Ru-based catalysts, however, were supported on oxides. In our experiments, Ru was supported on carbon nanotubes and this catalyst has high activity for ammonia synthesis. The experiment was carried out on Nicolet 740 FTIR. The catalyst surface was detected during the processed of temperature-programmed adsorption of N₂ and H₂) respectively, from 298 K to 773 K. The FTIR spectra of adsorbed H₂ and N₂ are shown on Fig.l. At 298 K two peaks assigned to adsorbed hydrogen atoms were observed at 2124 and 1564 cm^-1. At 673 K, these two peaks shift to 2089 and 1475 cm^-1, respectively, and another peak appeared at 1775 cm^-1. The peaks at 2124 and 2089 cm^-1 can be assigned to the model of H right on top of Ru, and 1564 and 1475 cm^-1 may be due to the bridging H. The peak at 1775 cm^-1, which can only be observed at high temperature, may be twin-type H. Nitrogen molecularly adsorbed was observed at 1893 cm^-1 (298 K) and 1856 cm^-1 (673 K) and they can be assigned to liner N₂ on top site.     

水对采空区遗煤吸附电厂烟气影响的理论计算

为研究电厂烟气注入采空区时,煤中含水率和烟气中水分对于封存温室气体CO_2和抑制煤自燃的影响,建立干煤和湿煤结构模型,采用巨正则系综蒙特卡洛方法,计算了不同水分含量的烟气组分CO_2/O_2/N2/H_2O在干煤以及不同含水率的湿煤中的吸附行为。结果表明,烟气中CO_2竞争性最强吸附量最大,O_2的物理吸附量极小,烟气中H_2O含量不影响CO_2、N2和O_2的吸附量,可不进行干燥处理直接将电厂烟气注入采空区。随着煤中含水率增加,水分占据孔隙空间,范德华作用减弱,H_2O-H_2O之间的氢键作用增强且提供了额外吸附位。H_2O的等量吸附热升高,吸附位移向吸附作用更强的低相互作用能区域,吸附大量水形成水团簇,与CO_2竞争吸附位,并且占据吸附空间抑制CO_2、O_2、N2的吸附,使其吸附量降低50%以上,因此,注入烟气时应充分考虑采空区煤体的含水率问题。     

Two-dimensional cobalt metal-organic frameworks for efficient C3H6/CH4 and C3H8/CH4 hydrocarbon separation

A Co-based two-dimensional (2D) microporous metal-organic frameworks (UPC-32) with narrow distance between layers and layers (3.8 Å) exhibits high selectivity of C₃H₆/CH₄ (31.46) and C₃H₈/CH₄ (28.04) at 298 K and 1 bar. It is the first 2D Co-MOF that showed selective separation of C3 hydrocarbon from CH₄.