醇胺分子结构及其CO2捕集能力

研究了一乙醇胺及其衍生物的非环状醇胺的分子结构与其吸收捕集CO2性能之间的关系．通过实验测定了在313．15K和393．15K两个温度下,CO2分压从1kPa到700kPa条件下,CO2在不同醇胺水溶液中的溶解度,分析研究了羟基与烷基间的链长、取代烷基位置、氨基上烷基链数目及烷基羟基链数目、羟基位置和两个羟基的影响．结果表明,不同分子结构的醇胺水溶液对CO2的吸收能力有明显差别．根据CO2的捕集分离要求,选择合适的溶剂,可大幅度提高溶剂的CO2捕集能力．     

金属有机框架材料吸附性能应用的研究

金属有机框架材料(MOFs)是一种多孔聚合物材料,其相关研究近年来取得迅速发展。MOFs是以金属离子为中心,桥连的有机配体作为支撑经延伸形成的一类具有周期性网络结构的晶态多孔材料[1]。由于其较强的功能性、较高的比表面积、超高的孔隙率以及可调控的孔道结构[2],MOFs在储气、分离、催化、载药和光学等领域受到了极大的重视,并具有广泛的应用前景。本文从MOFs材料的结构设计出发,介绍近几年MOFs材料在能源气体(H2、CH4)的储存,H2S、CO2、有机气体分子的捕集以及医学领域(对于一些药物的吸附装载)的研究进展,并对MOFs材料在应用上存在的问题进行了阐述,对其未来的发展趋势作出展望。     

金属有机框架材料的制备及在吸附分离CO2中的应用

金属有机框架（MOFs）材料是当今的研究热点之一,是一类颇有潜力成为适用于CO₂吸附和分离的重要材料。本文从MOFs的发展及其所具有的特点、MOFs用于CO₂的吸附与分离所取得的突破性进展以及MOFs的传统合成及绿色制备方法三个方面展开论述。主要论述了MOFs适用于CO₂吸附的原理,及其相对于传统的CO₂吸附材料所具有的特点和优势,亦阐述了MOFs修饰与调变的方法。列出了MOFs用于单组分CO₂吸附及CO₂/CH₄、CO₂/N₂吸附分离的结果。同时,针对传统MOFs制备方法不适宜大规模CO₂捕集材料的生产,特别论述了机械化学合成法和新兴的潮湿矿物风化法,其均具有绿色化、无溶剂、低能耗和简单等特点,是一类较有研究价值和应用潜力的技术。随着温室效应和不可再生石化燃料的消耗等环境和能源问题的日趋严峻,研究及开发适用于CO₂捕集与封存技术的MOFs新材料迫在眉睫,且任重而道远。     

离子液体捕集二氧化碳非平衡热力学研究方法学探讨

介绍了应用非平衡热力学研究离子液体捕集二氧化碳（CO2）动力学的思路，分析了其成功应用需解决三大关键科学难题，即可靠的热力学模型，界面传递速率描述以及准确的通量数据．其中，准确通量数据的获得需要可靠的实验动力学数据和离子液体捕集CO2过程传递面积的有效考察．在此基础上系统地总结了该三大关键科学问题最新的研究进展和分析后续开展的工作，并对离子液体捕集二氧化碳非平衡热力学研究提出展望．     

机器学习筛选用于气体吸附分离和存储的金属有机骨架材料

金属有机框架（Metal-organic framework ,MOF）因其高孔隙率、高比表面积和结构可调性,在气体吸附分离领域广泛应用。随着MOF数量激增,传统分子模拟和实验方法验证MOF性能成本高且速度慢,因此目前MOF筛选工作已转向高通量计算辅助的机器学习（Machine-learning,ML）。机器学习作为一种高效的大数据处理方法,能够在高通量筛选（High-Throughput Computational Screening,HTCS）的基础上对数据进行拟合,从而快速而准确地筛选出气体吸附分离材料,并深入挖掘其结构与性能之间的关系。本文回顾了近年机器学习应用于MOF筛选的研究。本文重点讨论了一些运用机器学习从大量结构中筛选出可用于CH4、H2和CO2等气体吸附分离与储存的MOF材料的工作。同时,我们梳理了当前MOF材料筛选工作中的研究思路和进展,并指出了机器学习在筛选MOF材料工作中面临的一些瓶颈和挑战。最后,对该领域的未来发展前景进行了展望。     

“双碳”相关实验开发——蛋壳源CaO的制备、表征及其碳捕集性能

碳捕集技术是实现“双碳”目标的重要途径。高温工业源CO₂的捕集更宜使用钙基吸收剂。本文立足“双碳”背景,将碳捕集前沿技术融入仪器分析实验课程,开发了蛋壳源CaO的制备、表征及其碳捕集性能的设计性综合实验。选择高钙废弃物鸡蛋壳为原料,采用醋酸处理得到醋酸钙,再经高温煅烧制备了具有较好碳捕集性能的CaO;利用EDTA配位滴定、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱和热重分析等多种分析手段,测试了CaO的纯度、形貌、结构及其对CO₂的捕集性能。本实验采用项目式教学方式,引导学生自行设计实验方案并进行实践和总结,不仅锻炼了学生综合运用专业知识解决实际问题的能力,而且培养了学生的科研素养和团队合作精神。     

离子液体在CO_2捕集中的应用进展

离子液体具有蒸汽压极低、热稳定性好、热容低和可以根据目标需求进行设计等特性,能克服传统CO2捕集工艺的诸多不足,因而成为目前CO2捕集溶剂的研究热点。本文主要综述了普通离子液体、功能化离子液体、支撑型离子液体膜、聚合型离子液体和离子液体复配溶液在CO2捕集方面的应用研究进展,评述了各种方法的优势和缺点,并在此基础上提出...     

极性基团修饰金属有机框架材料吸附分离CO2的研究进展

基于从废气中脱除回收CO_2的迫切现实需求,通过对金属有机框架材料(MOFs)进行功能化修饰,构筑具有高容量、高选择性CO_2吸附的耐水MOFs材料成为当前的研究热点。本文首先对MOFs材料的高压CO_2吸附进行了简单的介绍;进而,针对实际工业应用中低压条件下的CO_2捕集,对作为调节MOFs材料CO_2低压吸附分离性能的有效手段的含氮以及杂原子极性基团修饰进行了综述。     

二维液相色谱接口的改进及其在蛋白质组学研究中的应用

随着蛋白质组学、本草物质组学等组学概念的提出,所需分析的样品的成分越来越复杂,因此具有强大分离能力的多维液相色谱技术受到人们越来越多的关注。二维液相色谱中第二维的分离性能和速度是整个分离系统性能的关键。基于捕集柱模式,我们采用经特殊设计的流路系统,使得双捕集柱型接口具有预分离的功能。样品从第一维流出以后被富集在捕集柱1的柱头,经过脱盐后,正冲捕集柱,捕集柱1与第二维色谱柱联用对富集的样品进行分离,增加了第二维分离效率。当捕集柱上的样品全部被洗脱到第二维色谱柱上时,捕集柱2已经完成对第一维洗脱液中样品的捕集和脱盐,此时将阀进行切换,捕集柱2与第二维色谱柱直接相连进行洗脱。循环切换捕集柱1和捕集柱2,维持较高的阀切换频率,实现了第二维色谱柱的连续洗脱。因此保证了第二维分离具有较快速度,同时具有较高的分离效率。使用35 mm长捕集柱和十通阀为接口,以弱阴离子交换(WAX)色谱为第一维分离模式,以反相(RP)色谱为第二维分离模式,构建了WAX-RP二维液相色谱系统(2D-LC system)。以小鼠血清为样品对系统进行了初步评价。色谱流出曲线出现了明显的界面现象,这是由于捕集柱流动相中含有的较多盐分流出时的背景吸收造成的。同时,由于界面两侧的流动相黏度不同产生了黏性指进(VF)现象。当第二维色谱柱长度为50 mm时,理论上可将第二维分离效能提高70%。该接口可以应用于多种二维液相色谱模式,适用于蛋白质组学和本草物质组学研究中对于复杂样品的分离分析。     

离子液体捕集CO2

CO₂是导致温室效应的最主要成分,因此碳捕集技术的研究受到学术界和产业界的高度重视。离子液体具有不挥发、不燃烧、热稳定性好、溶解能力强、结构和性质可调节并可循环使用等特性,在CO₂的吸收/分离领域展现了广阔的应用前景。本文系统地综述了近年来常规离子液体、功能化离子液体、支撑离子液体膜、聚合离子液体以及离子液体与分子溶剂的混合物在捕集CO₂方面的研究进展;讨论了离子液体的阳离子结构、阴离子类型、烷基链长度、阴/阳离子的氟化程度和功能化、离子液体的负载作用和聚合效应以及体系的温度和压力对CO₂选择性捕集性能的影响;分析了可能的捕集机理以及各种捕集方法的优点和缺点;提出了目前需要进一步研究的若干重要问题,并对其发展前景进行了展望。     

CO_2选择性分离膜聚合物膜材料(I)

本文综述了 CO2 选择性分离聚合物膜材料的研究现状。概括了气体在固体聚合物膜中以溶解 -扩散为机理CO2 的传质特点。 CO2 选择性分离聚合物膜材料可分为 4种 ,传统膜材料的物理或化学改性、聚合物共混、新聚合物膜材料的设计与合成及有机 -无机杂聚膜。论文最后提出了 CO2 选择性分离聚合物膜材料的研究方向。     

CaO高温吸附捕集CO2-制备CaO的钙基前驱体材料筛选

价格低廉的CaO材料在高温下能高效吸附捕集CO2气体,被认为是碳减排的有效方法之一．然而,CaO长时间循环碳酸化／煅烧解吸后,其CO2的化学吸附容量下降,稳定性较差,限制了该材料的工业应用．本文采用天然钙源（牡蛎壳和方解石等）和化学试剂（醋酸钙）为钙基前驱材料制备CaO．采用扫描电子显微镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）和氮气吸附仪等手段对制备的CaO材料进行形貌和物理结构的分析表征;在高温和模拟的烟道气氛条件下（10％C02和90％N2）,采用热重分析仪测量CaO吸附CO2的能力和长时间循环碳酸化／煅烧解吸后的稳定性．我们经过与目前所报道的其他钙基吸附材料进行比较,并结合钙基前驱材料的市场价格,发现CaO（醋酸钙）的CO2吸附能力和稳定性较为理想,醋酸钙在高温烟气捕碳方面具有非常好的应用前景．     

离子型共价有机框架材料的合成及其催化性能（英文）

共价有机框架(COFs)材料是在拓扑学基础上发展起来的一类新型有机晶体多孔聚合物.由于COFs材料具有较高的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性、可设计的孔结构以及容易修饰改性的特点,目前广泛用作催化剂或催化剂载体.COFs的构筑单体为有机小分子,其来源广泛且种类繁多,使得构筑单体多样化,便于通过构筑单体来调控目标材料的结构和功能.近年来对COFs的研究已经引起人们广泛关注.离子框架材料在气体分子的吸附与分离领域展示了良好性能,通过简单的离子交换过程,可以容易地将具有特定尺寸和功能的反离子引入到框架结构中来调控孔的尺寸大小,从而实现混合气体的有效分离.然而,在催化领域目前尚未见将具有特定催化功能的反离子基团引入到框架之中,研究离子框架材料的催化性能.本文设计合成了一种负电荷为骨架结构的离子型COFs材料.我们首先选取一种化学结构稳定的COF作为骨架前驱体,其中的单体具有可反应的活性基团酚羟基,然后通过与1,3-丙烷磺酸内酯进行开环反应,将烷基磺酸引入到孔中,经过弱碱处理后得到阴离子型COFs(I-COFs),然后通过简单的离子交换过程将具有催化活性的Mn2+以及[Mn(bpy)2]2+配位阳离子分别引入到COFs框架中,得到具有催化功能的新材料.我们考察了两种I-COFs对烯烃氧化制环氧化合物的催化性能,发现所得离子COFs对不同的反应底物均展示了较高的环氧化催化性能.结果证实了离子I-COF催化反应为多相催化,还表现出I-COFs催化剂具有较高的稳定性以及循环使用性能.我们认为,通过简单的离子交换过程,能够赋予I-COFs材料各种不同的功能,从而实现COFs在不同领域的应用.这为多孔材料的功能化设计提供了新的化学平台.     

无机盐活化剂一氨基酸盐基溶液捕集温室气体CO2

将无机盐K3PO4、K2HPO4和KH2PO4作为活化剂,分别添加于氨基乙酸盐溶液中,形成CO2活化吸收剂,采用膜接触器-再生循环装置,评价和比较了氨基乙酸盐和活化吸收剂捕集CO2的性能,研究了活化剂的浓度、气液流速等因素对总体积传质系数、传质通量和捕集率的影响。结果表明,磷酸盐活化剂在氨基乙酸盐吸收剂中,对CO2的捕集均产生影响,活化效应存在PO4^3-〉HPO4^2-〉H2PO4^-的规律;添加少量活化剂的作用比添加较多量的活化作用大;活化吸收剂的捕集率明显大于非活化吸收剂;膜吸收流体力学状态的改变,能够改善膜接触器传质性能,增大传质通量,但增大的程度有限。     

含N和羧酸混合配体构筑的金属有机框架化合物应用研究进展

金属-有机框架(metal-organic frameworks,MOFs)化合物是由金属离子和有机配体通过自组装而成的具有网格结构的晶态材料。由于其结构的多样性和孔道的可调节性,使其在气体的吸附和分离、离子识别、催化、磁性和生物医学等方面有着较好的应用前景。本文简单介绍了近十年来含N和羧酸混合配体构筑的MOFs化合物在设计合成和性能研究方面取得的进展,以期广大科研工作者能对MOFs材料在合成设计和性能研究方面有比较全面的认识。研究发现,在MOFs化合物的设计合成中使用含氮配体和芳香羧酸的混合配体是一种行之有效的策略,可以得到更多结构多样化和性能优良的MOFs材料。     

金属有机框架色谱固定相的研究进展

金属有机框架(MOFs)是由金属离子或金属簇与有机配体通过配位作用自组装形成的一类新型多孔材料. MOFs具有独特的拓扑结构、丰富的孔隙结构、可调的孔道尺寸、巨大的比表面积以及灵活的表面修饰等特征,是色谱分离领域颇受关注的一类新型固定相. 综述了近几年MOFs材料作为固定相在气相色谱、液相色谱及手性拆分等领域应用的研究进展,展现MOFs材料在色谱分离领域的优异性能和应用潜力,并对MOFs材料在色谱固定相领域今后的发展进行了展望.     

含二氮杂萘酮结构微孔聚合物的研究进展

微孔有机聚合物具有比表面积大、骨架密度低、结构多样、孔隙结构和功能易于调控的优势,在CO2的吸附和分离领域展现出了非常好的应用前景,成为近年来多孔材料领域的研究热点之一。二氮杂萘酮及其衍生物是一种非对称芳杂环结构,具有刚性、扭转和非共平面的结构特点,能够阻碍链的紧密堆砌,有效增加链间自由体积,从而有利于孔隙结构的形成。本文综述了以二氮杂萘酮结构为核心的共价三嗪基骨架材料和自具微孔聚合物的设计、合成及气体吸附分离性能的研究进展,研究结果表明,利用二氮杂萘酮结构可以构筑出具有较高比表面积的微孔有机聚合物材料,并且杂环结构可增加材料骨架与CO2分子之间的亲和力,从而改善材料在低压下的吸附分离性能;可通过灵活的结构设计和简便的原料制备方法,降低材料的制备成本,具有很好的潜在应用前景。     

两种填料片表面润湿性能及其对CO2吸收传质的影响

为提高CO2吸收填料塔的传质效率,研究了填料片表面润湿性能变化对传质过程的影响．设计了一种能够进行CO2吸收的气液接触传质实验装置,并对两种具有不同液固接触角的平板进行了吸收传质对比实验,实验采用15wt％的MEA溶液为吸收剂,原料气CO2与空气比例为1：3．通过实验给出了润湿性能对吸收传质效率的影响．为进一步了解不同润湿条件下的流动和传质行为细节,建立了基于VOF方法的三维计算流体力学模型,模拟了与传质实验对应的不同液固接触角时液体降膜流动与传质行为,得到了不同润湿性能时的降膜流动速度分布及浓度分布图像,模拟结果与实验值吻合较好,定量解释了接触角变化导致液膜流动结构和吸收传质效果变化的原因．     

提高金属有机骨架材料在二氧化碳热催化转化中的性能:策略及前景展望

近年来,大气中CO2的浓度不断增加,带来全球变暖等一系列严重后果,成为国际社会共同关注的环境问题.将CO2催化转化为高附加值化学品可有效降低其向大气中的排放,同时可实现其资源化利用,符合低碳社会的发展目标.目前,已有多种催化体系实现了CO2向不同化学品的转化.然而,由于CO2自身的热力学稳定性和动力学惰性,这些转化通常需要在苛刻的反应条件和较高能耗下进行.设计开发高效催化体系、实现温和条件下CO2的转化利用引起了工业界和学术界的广泛兴趣.金属有机骨架材料(MOFs)是一类由有机配体和金属中心通过配位键组装而成的有机-无机杂化材料,在很多方面展现出良好的应用性能.由于其结构的多样性、可设计性、高比表面积和多孔性等独特性质,MOFs在催化领域吸引了很多研究者的关注.其中,MOFs作为非均相催化剂在CO2热催化转化中表现出良好的应用前景,已实现多种CO2向高值化学品的转化路径.但这些催化体系也存在一些缺点,如有些MOFs材料在催化反应中稳定性差以及其微孔性对反应中的传质造成限制等.因此,设计稳定的MOFs和MOF-基材料并对其结构进行优化改性,从而在温和条件下实现高效的CO2转化具有重要意义.本文综述了提高MOFs在CO2热催化转化反应中性能的几种策略:(1)对MOFs结构中的配体进行设计,包括具有活性官能团的配体、活性配合物作为配体和引入混合配体设计多元MOF;(2)调节MOFs结构中的金属中心,设计混合金属中心和包含活性金属团簇的金属中心;(3)构筑多级孔MOFs;(4)设计MOF-基的复合材料,包括MOFs作为载体与金属纳米颗粒、活性配合物和聚合物构建复合材料;(5)利用MOFs作为前驱体制备MOF-基衍生物材料,重点阐述了如何增加MOFs作为非均相催化剂的催化活性位点以及在CO2转化反应中各位点之间的协同作用.此外,介绍了原位表征技术在MOF-基材料用于CO2固定和转化中的应用.最后,分析了MOF-基非均相催化材料在CO2热催化转化领域目前面临的问题和挑战,包括MOFs材料结构优化、催化机理研究和规模化制备等方面,并对未来的发展趋势进行了展望.     

共价有机框架材料的离子化改性及其催化合成环碳酸酯的性能研究（英文）

共价有机框架(COFs)材料是继金属-有机框架材料之后,在拓扑学基础上发展起来的又一类多孔材料.这类材料是由轻质元素(C,H,O,N,B,Si等)通过可逆共价键连接而成的结晶性有机多孔聚合物,具有比表面积大、骨架密度低、孔道结构规整、可人为设计以及表面易修饰改性等特点,自2005年首次报道以来就引起了人们的广泛关注.经过十多年的发展,COFs材料已经被广泛用于气体吸附/分离、光电、能量存储、非均相催化等研究领域.由于材料的多孔性以及相对稳定的特点,近年来COFs材料作为催化剂或催化剂载体用于多相催化反应已经成为该领域的一个研究热点.但是到目前为止,COFs材料的离子化改性用于异相催化相关研究还相对较少.本文选择二维骨架中含有羟基基团的H2P-DHPhCOF作为载体,通过两步接枝反应成功地将咪唑型离子液体引入到COF材料的孔道中;采用红外光谱、核磁共振、粉末X射线衍射、热失重分析等方法详细地表征了COF材料在后修饰过程中的变化.研究发现,1,4-二溴丁烷与N-甲基咪唑基团的引入占据了部分孔道,导致框架材料的孔径和孔容减小.同时,我们还将该改性后的离子型COF材料在DMSO/盐酸溶液中消解,利用核磁共振波谱计算了离子化程度.实验结果表明,N-甲基咪唑的接枝率约为4.9wt%.在既定的反应条件下,将该离子化的COF材料作为多相催化剂用于CO2和环氧化合物之间的环加成反应.以环氧氯丙烷作为测试底物,发现该离子型催化剂的催化性能与H2P-DHPhCOF相比有大副度提高,转化率达到了91%(120°C,24 h,CO2压力位1.0 MPa).在相同的条件下,该催化剂还对其他的环氧化合物具有一定的催化效果,其中环氧丙烷的转化率高达95%,且目标产物碳酸丙烯酯的选择性为100%.然而,对于大分子的环氧化合物,转化率和产率均较低,表明催化剂具有明显的尺寸选择性.此外,我们还以环氧氯丙烷的环加成反应为例考察了催化剂的循环稳定性,经过连续的5次循环,催化剂的催化活性得到了有效保持.我们的研究表明COF材料作为异相催化剂用于多相催化具有潜在的应用前景.而且,由于离子型多孔材料具有可交换的性质,我们可以通过将不同功能的反离子交换到孔道中,从而得到具有不同功能特性的多孔材料.因此,离子化共价有机框架材料是一类集多孔、高比表面积、可人为设计等性质于一体的新型多孔材料,有望应用于更加广泛的研究领域.