分子筛材料在小分子吸附分离中的应用

吸附分离技术与工艺在工业上具有重要意义. 常见的吸附剂包括沸石分子筛、 金属有机框架材料、 活性炭等材料. 分子筛具有比表面积大、 稳定性高、 生产成本低等优势, 可以满足吸附分离技术中高效、 节能和环保的需求, 是一种非常有应用前景的小分子混合物分离吸附剂. 本文综合评述了吸附分离领域中常用的吸附剂材料的特点和吸附分离机理与评价方法, 总结了分子筛在空气分离、 烃类分离、 二氧化碳吸附、 芳香硫化物脱除、 一氧化碳吸附、 氮氧化物吸附、 氢气储存吸附及氢同位素分离等领域的应用, 并对基于分子筛膜的小分子混合物分离现状进行了介绍. 此外, 本文还系统分析了分子筛对不同混合物的吸附分离性能与其拓扑结构、 骨架组成及改性方法之间的关系, 并对未来的研究前景进行了展望.     

面向C4烯烃混合物吸附分离的真实金属-有机骨架材料高通量筛选

常规的烯烃/烷烃冷冻加压精馏分离过程具有高能耗和低效率的特点,吸附分离技术可以在温和条件下高效纯化烯烃分子而在烯烃/烷烃分离领域展现出广阔应用前景.本工作采用高通量筛选技术从12723个真实金属-有机骨架(MOF)材料中筛选具有优异C4烯烃混合物选择性吸附性能的吸附剂,用于1,3-丁二烯的分离纯化.首先,根据MOF材料...     

应用基于第一性原理的分子模拟方法预测小分子在多孔材料中的吸附

分子在多孔材料中的吸附在工业中有着重要的应用．计算化学的发展和应用使得对多孔材料中小分子的吸附研究进入了一个新阶段．从第一性原理出发,在MP2高精度量子化学计算基础上推导小分子与多孔材料相互作用的分子力场,运用巨正则系综的蒙特卡罗模拟,研究小分子在多孔材料的吸附和脱附过程．以具有代表性的沸石分子筛ZSM-5和储氢材料MOF-5为对象,应用上述方法分别研究氨气分子和氢气分子在两种材料中的吸附,进而讨论沸石的酸性和MOF-5的储氢性能,计算得到的结果和实验数据高度吻合．     

基于三蝶烯的微孔聚二胺磷腈

近年来有机多孔聚合物材料由于其在气体吸附分离、气体存储及非均相催化等多个领域具有优良性质而受到国内外科学家们广泛的关注. 三蝶烯是一类具有D_3h刚性对称骨架结构的化合物, 同时它特有的结构特点及其丰富的反应性能使其成为一类构筑有机多孔材料的优良建筑块. 基于六氨基三蝶烯盐酸盐和六氯环三磷腈, 通过N-P型一步聚合法制备了两种聚二胺磷腈多孔材料TrpPOP-1和TrpPOP-2. 材料的结构通过固体核磁共振碳谱、磷谱和红外光谱等进行了表征. 氮气吸脱附等温线表明两种聚合物均具有永久的微孔性质, TrpPOP-1和TrpPOP-2的BET比表面积分别为790和640 m²·g^-1, 主要孔径分别在0.63和0.59 nm左右. 孔径分布较窄的多孔聚合物能与小分子气体有更好的相互作用, 因此, 我们对这两种材料的小分子气体(氢气、二氧化碳和甲醛)吸附性能进行了研究. TrpPOP-1的氢气吸附量在77 K和1.0 bar条件下为1.30 wt%, 二氧化碳吸附量在273 K和1.0 bar条件下为16.2 wt%. 材料TrpPOP-2对甲醛的吸附量在298 K为5.5 mg·g^-1.     

从分立多孔有机笼构建基于笼的三维框架材料显现出CO_2吸附增强

正多孔有机笼(Porous Organic Cage)是近年来出现的一类新型多孔材料~(1–4),与分子筛、金属有机骨架材料(MOFs)、共价有机骨架材料(COFs)等二维或三维框架多孔材料不同,多孔有机笼是分立的晶体材料,分立的构筑单元多通过弱相互作用堆积成有序多孔结构,其孔隙由笼内空腔和堆积贯通孔组成。与此同时,多孔有机笼还具备良好的可溶性,多孔有机笼在气体吸附,小分子选择     

碳多孔小球(TDX-01)在气相色谱中的应用

概述稀有气体、永久气体以及低碳烃类气体等的分析检测,是近代工业和环境保护中的一个重要问题。随着生产和科研事业的迅速发展,我国已经开始广泛地采用色谱技术来解决这类课题。用气相色谱法分析上述气体,一般采用分子筛、硅胶和活性碳等作为分离柱。但这些吸附剂往往由于分离能力或柱寿命的限制,不能满意地应用。后来发展的高分子多孔小球虽然对某些气体有较好的分离能力,但对于复杂的多组分混合物仍需较繁杂的操作条件。近年来合成的碳分子筛对某些无机气体和低碳烃类的分离显示了良好的性能。这些新型固定相的发展使上述气体的分离效果有了显著的提高。     

树莓状超疏水多孔复合棉纤维的制备及油水分离性能

基于聚多巴胺（PDA）的化学性质和树莓状纳米粒子的粗糙结构,以聚多巴胺包覆的棉纤维为基底,制备了具有多重粗糙度的树莓状超疏水多孔复合棉纤维材料.通过扫描电子显微镜观察树莓状超疏水多孔复合棉纤维表面的微观形貌,PDA-SiO₂纳米粒子稳定地固定在聚多巴胺涂覆的棉纤维表面.经过氟化改性的树莓状超疏水多孔复合棉纤维具有超疏水性,水接触角为158.2°,油接触角为0°.油/水分离实验结果表明,树莓状超疏水多孔复合棉纤维对己烷/水混合物的分离效率可达99.4%以上,使用20次后仍维持较高的分离效率.同时,其具有较高的溶剂吸附能力（13~34 g/g）、重复使用性及机械稳定性,吸油能力可与硅气凝胶相媲美.     

高稳定性金属有机配位聚合物膜的制备及二甲苯分离性能

以常见的多孔二氧化硅为载体, 采用晶种-二次生长法在溶剂热条件下制备了高稳定性的金属有机配位聚合物膜材料. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜、 单组分气体透过率和二甲苯同分异构体分离等测试手段对材料的结构、 形貌和性质等进行了表征. 二甲苯同分异构体的渗透汽化分离结果表明, 这种多孔膜材料对二甲苯混合物具有选择性吸附分离的性质. 进一步通过热处理、 超声处理和性能的重复表征, 证明了该膜材料具有优良的热稳定性和机械稳定性, 适于实际应用.     

离子交换及多孔材料的制备与应用

离子交换和多孔材料是一类高效的吸附剂,这类新型的高效吸附分离材料具有高的比表面积或丰富的表面官能团;显示出高的吸附容量、快的吸附或脱附速度和一定的吸附选择性;可织成束、纸、布、毡等多种集合形态.本文简要地介绍了包括离子交换纤维、螯合纤维、活性碳纤维、碳气凝胶等新型离子交换和多孔材料的制备、吸附特征研究的进展,并介绍了它们在饮用水净化、环境治理、资源回收、化学工业和医疗卫生、催化剂等方面的应用.     

分子印迹溶胶-凝胶材料的制备及应用

分子印迹技术是制备对特定分子具有选择性识别的聚合物的技术。分子印迹技术与溶胶-凝胶过程相结合,可设计多孔无机主体,增强分子识别能力,并具有极好的热稳定性和水解稳定性。改变溶胶-凝胶过程的条件,可制备具有最佳孔隙率和表面积,并用于分离复杂的混合物、选择性吸附富集模板分子(或目标分子)、催化、微合成器应用的分子印迹溶胶-凝胶材料。综述了溶胶．凝胶技术和分子印迹技术的特点,分子印迹溶胶-凝胶技术和分子印迹溶胶．凝胶材料的概念、基本原理、制备方法及应用。     

分子筛型声学增强材料的储存耐候性能

研究了湿度和有机物小分子等储存耐候条件对声学增强材料谐振频率偏移值的影响,探讨了由不同硅铝比分子筛组成的声学增强材料在不同湿度及有机物小分子气氛中储存后的谐振频率及偏移值的变化规律.研究结果表明,由既定硅铝比分子筛组成的声学增强材料在25℃/50%相对湿度(RH)和25℃/95%RH条件下储存后,其谐振频率偏移值未发生明显变化.氮气吸附实验结果表明, 25℃下氮气分子占据了较少的比表面积,水分子的存在不影响声学增强材料对氮气分子的吸附.在25℃/50%RH条件下放置后,声学增强材料在25℃/95%RH条件下吸附的水分子会逐渐脱附.声学增强材料在不同种类有机物小分子气氛中储存后,其谐振频率偏移值呈不同的变化趋势.对于尺寸较小的有机物小分子,由于存在可逆吸附,声学增强材料的谐振频率偏移值未有明显变化;对于尺寸较大或具有小尺寸端基基团的有机物小分子,由于存在嵌入式吸附,声学增强材料的谐振频率偏移值明显降低.     

高分子多孔微球产品的制备及其在类病毒颗粒分离纯化中的应用

高分子多孔微球在医药领域的分离纯化中应用广泛,是重要的化工产品。高分子多孔微球的形成是一个复杂的过程,利用聚合物与有机溶剂致孔剂的相分离,可得到小于100 nm孔径的多孔微球;而水和疏水性聚合物之间相分离程度远大于有机溶剂与聚合物间的相分离程度,因此可获得大于100 nm孔径的多孔微球。针对不同应用领域选择不同的方法,设计并制备出合理的微球结构,对多孔微球的实际应用十分关键。本综述介绍了纳孔、介孔、大孔微球产品的制备方法悬浮聚合和种子聚合法,重点介绍本课题组制备超大孔微球的方法--反胶团溶胀法和W/O/W复乳法,上述两种方法解决了常规方法难以制备大孔径微球产品的问题,拓展了多孔微球在类病毒颗粒等大尺寸蛋白分离纯化领域的应用。在此基础上,以HB-VLPs为模型对比了不同孔径微球对类病毒颗粒吸附量、回收率、结构、以及纯化效果的差异,揭示超大孔微球产品在类病毒颗粒分离纯化中的优势。     

胺功能化配体多孔配位聚合物材料的碳捕捉和封存研究进展

近十年,多孔配位聚合物(PCPs)因其晶体结构中可调节的孔道尺寸、形状以及化学功能化,在小分子的选择性吸附及分离领域受到了极大关注。基于环境问题的严峻性,胺功能化PCPs材料对燃煤电厂废气中CO_2优异的选择性吸附性能,使其在该领域拥有较好的应用潜力。本文综述了含末端氨基配体的PCPs材料应用于CO_2捕捉及存储的代表性工作,并对所存在的问题及发展方向进行了分析总结。     

胺功能化配体多孔配位聚合物材料的碳捕捉和封存研究进展

近十年,多孔配位聚合物(porous coordination polymers, PCPs)因其晶体结构中可调节的孔道尺寸、形状以及化学功能化,在小分子的选择性吸附及分离领域受到了极大的关注。基于环境问题的严峻性,胺功能化PCPs材料对煤电厂燃烧废气中CO2优异的选择性吸附性能,使其在该领域拥有较好的应用潜力。本文综述了含末端氨基配体的PCPs材料应用于二氧化碳捕捉及存储的代表性工作,并对所存在的问题及发展方向进行了分析总结。     

水和醇类分子及其混合物在纳米孔道材料中的传输扩散

随着计算机科学技术的飞速发展,理论计算特别是分子动力学模拟技术在研究受限流体的性质时发挥着独特的作用.本文综述了近年来水和醇类分子及其混合物在纳米孔道材料中传输扩散的研究进展,包括单组分水、甲醇和乙醇等在多种纳米孔道材料中的传输扩散,以及甲醇/水和乙醇/水等混合物在碳纳米管和沸石膜中的吸附和分离,讨论了体系温度、分子浓度以及纳米孔道材料结构等因素对水和醇类分子传输扩散过程的影响.     

新型金属有机气凝胶的合成、 表征及气体吸附性能

利用高稳定性的UiO-66系列金属有机骨架多孔材料制备金属有机气凝胶材料, 制得的UiO-66系列金属有机气凝胶材料具有多级孔结构和较高的比表面积, 在气体吸附分离领域具有较大应用潜力. 气体吸附实验结果表明, UiO-66-NH₂金属有机气凝胶材料具有极佳的CO₂吸附性能和CO₂/CH₄分离性能, 通过理想吸附溶液理论计算得出其吸附选择性高达18.3.     

多孔材料的二氧化碳吸附与光催化转化研究进展(英文)

太阳能光催化是CO_2转化和利用的新兴技术,直接利用洁净充足的太阳能将自然界富有的"温室气体"CO_2转化成化学燃料,不仅有利于消除大气温室效应,而且能缓解能源短缺问题,因而成为人们研究的一个重要方向.但目前CO_2的吸附和转换效率还很低,这是太阳能光催化CO_2资源化的最大障碍.高性能光催化剂的设计和合成是这项技术的关键.针对CO_2光还原反应的特异性,理想的光催化材料应该具有以下功能:强的CO_2吸附能力和高的光催化活性.将光催化剂与对CO_2具有高吸附性的多孔材料结合,就可以将CO_2吸附并富集在吸附剂周围的光催化剂表面上以进行催化转化,因此基于高效多孔吸附材料构筑光催化体系成为光催化转化CO_2的重要研究方向之一.CO_2的循环利用包括吸附和转化两方面,高吸附量的多孔材料是获得CO_2高转化效率的前提.本文首先以多孔材料结构参数及性能指标为主线,对无机多孔材料、金属有机框架材料及微孔有机聚合物材料的研究进展及应用前景进行了评述.通过对多孔材料的改性和新型多孔材料的开发,CO_2的吸附能力得到一定的提升,但是仅仅依靠多孔材料的吸附分离,不能实现CO_2中的碳资源循环.在此基础上,本文重点评述了多孔光催化材料在CO_2光催化转化中的最新研究进展.采用多孔材料与光催化剂结合,可增加材料的比表面积,在界面处暴露更多的活性位点,有利于光催化CO_2转化的进行;同时,通过孔结构和基团调控,可以调控光催化剂的反应活性和产物选择性.特别是金属有机框架材料与微孔有机聚合物材料,改变构建单元的官能团和制备技术还可以实现光谱响应范围的调控,提高太阳光的利用率.大量文献对比发现,引入较高CO_2吸附效率的多孔材料构建光催化体系,CO_2光催化转化的效率及产物选择性显著提高.最后,本文对多孔材料在CO_2光催化转化领域的研究现状与亟待解决的问题进行了剖析,提出了下一步可能的研究方向:(1)提高多孔材料自身的稳定性如耐水性能与光/热稳定性;(2)发展光催化材料在多孔载体的微观组装方法,不影响CO_2吸附效率的前提下提高光催化活性;(3)深入研究多孔光催化材料内部与表面的CO_2转化机理,为进一步提高吸附与转化效率提供理论指导.     

多相可控的超分子多孔吸附剂对污染物的吸附和分离功能的探索

快速吸附和有效分离是去除污染物的关键技术.其中,均相吸附剂能与吸附质充分碰撞,在快速吸附方面具备一定优势,但难以从介质中有效去除.非均相吸附剂容易从体系中分离,但与污染物的作用力较弱,容易引起二次污染.为此,基于V形两亲性嵌段共聚物的动态组装,构筑了可以实现均相和非均相吸附功能的超分子多孔吸附剂. 120°折叠的芳香性嵌段通过自组装形成疏水性空腔捕获有机污染物,骨架外围的聚乙二醇嵌段具有良好的亲水效应,可助溶多孔吸附剂,使多孔材料具有均相吸附的特征,60 min内实现对双酚A和炔雌醇的高效吸附,其吸附容量分别达到126.5和95.4 mg/g.受到聚乙二醇的最低临界溶解温度(LCST)效应影响,升温使均相吸附剂转化为非均相吸附剂,促使多孔材料和水相的分离,易于从水体中去除.基于超分子多孔吸附剂的温度响应行为,在室温下对水污染物进行高效吸附,通过升温实现了与水环境的有效分离,多次吸附—解吸循环实验表明移除效率能够维持在84%以上.这种结合均相吸附和非均相吸附优势的构筑方法,为净化水体提供了一种新的方案.     

磺酸型树脂酰胺化修饰及修饰产物的吸附脱硫研究

吸附技术以其低成本、低损耗和非破坏性等特征,在化工的清洁化方面受到广泛关注,对于汽油、柴油等烃类燃料的深度脱硫而言,吸附工艺正逐步显示出良好的应用前景[1～3].吸附剂是吸附技术的核心,已经使用或正在研制的烃类脱硫用吸附剂主要是一些无机材料,如经过不同修饰的分子筛和金属氧化物等[4～6].有机高分子吸附剂的开发研究还处于起步阶段,但已经发现有些聚合物材料可以通过化学修饰或负载,起到对烃体系中硫化物的吸附脱除作用[7～9].     

TiO_2/活性炭纤维复合材料去除室内挥发性有机物的研究进展

多孔材料与纳米TiO2复合是目前光催化领域的研究热点。多孔材料作为吸附中心可为TiO2光催化剂提供高浓度反应环境,加快催化剂传质速率,提高催化剂矿化效率,抑制催化剂失活,解决催化剂分离难题;TiO2作为降解中心可实现多孔材料的原位再生,增加其平衡吸附量,从而实现对室内挥发性有机物(VOCs)污染的高效深度净化。本文就TiO2/活性炭纤维(ACF)复合材料的制备方法、TiO2/ACF去除VOCs的环境影响因素及协同作用机制进行了综述,并对今后的研究提出了展望。