金属有机骨架材料用于吸附分离CH4和N2的研究进展

非常规天然气的利用不仅可以有效缓解常规天然气不足带来的能源问题,而且可以降低其肆意排放带来的温室效应,无论是低浓度煤层气的提浓还是低品质天然气的提质都需要解决甲烷与氮气的分离难题。基于金属有机骨架（MOFs）材料结构和功能均呈多样化的特色,本文主要从CH₄选择型MOFs吸附材料和N₂选择型MOFs吸附材料两个方面,综述了近年来MOFs材料在CH₄与N₂吸附分离方面的研究进展,讨论了影响二者分离的影响因素,并对吸附与分离机理与MOFs结构和性能关联进行了详细的总结与分析,提出了CH₄与N₂选择性提升的方法,即需要合适的孔道尺寸与弱极性表面性质或有利骨架结构的协同作用,最后展望了MOFs材料在甲烷富集和纯化领域的应用前景和发展趋势。     

新型无机固体吸附剂在天然气脱水领域研究进展

天然气在进入管网输送之前必须经过脱水处理,目前常用的天然气脱水方法主要有冷干法、液体吸收法和固体吸附法。用于天然气脱水的固体吸附剂主要包括分子筛、氧化铝、介孔二氧化硅和金属有机框架材料（MOFs）等。随着更多海上气田的勘探开发,分子筛和氧化铝等传统吸附剂已无法满足对大量天然气的净化需求,需要使用具有更高负载能力的吸附剂。介孔二氧化硅和MOFs具有高化学稳定性、低密度、高孔隙度的优点,且使用寿命长,避免了频繁更换,作为天然气脱水吸附剂具有潜在优势。围绕高比表面积、孔体积、亲水性和再生能力等综述了介孔二氧化硅和金属有机框架材料（MOFs）在天然气脱水方面的研究进展。介孔二氧化硅具有良好的亲水性和机械稳定性,可在高压力范围内使用,提升处理装置的效率。然而介孔二氧化硅主要是通过溶胶-凝胶法合成,老化时间较长,且传统的蒸发干燥法无法保持完全凝胶的结构。未来有望通过超临界流体干燥法获得具有更好物化性质和孔结构的介孔二氧化硅,进一步提高介孔二氧化硅的吸附能力。MOFs作为无机物和有机物结合形成的多孔材料,具有高度规则的孔结构和可调的性质,且金属离子与配体官能团的自由电子对之间的化学或物理相互作用,使其具有较高的天然气吸附脱水效率和优异的再生循环性能。最后指出,需要进一步研究复杂工况下的MOFs吸附脱水能力、长周期运行稳定性以及高压工况、造粒及不同分离过程（变压吸附和变温吸附）对MOFs的影响,并开发MOFs低成本规模化制备技术实现工业化应用。     

MOFs材料在C2H2存储及吸附分离中的研究进展

针对当前工业中存在的乙炔(C_2H_2)及含C_2H_2二元组分气体的存储与高效分离问题,梳理了近年来金属有机骨架材料(MOFs)对C_2H_2气体的吸附存储和分离研究。重点比较了含C_2H_2的二元组分气体与MOFs材料之间的构效关系及分离不同二元组分气体所用MOFs材料的筛选条件与设计原则,以期实现MOFs材料对C_2H_2的高效分离,达到对C_2H_2的纯化及存储效果,促进未来MOFs材料在该领域的发展。最后展望了MOFs材料在此方面的应用前景。     

基于MOFs材料的低碳烃（C1~C3）分离研究进展

低碳烃（C₁~C₃）混合物的分离和纯化是化工过程中最重要且耗能最大的过程单元之一,开发温和条件下低能耗高选择性吸附分离C₁~C₃分子的固体吸附材料迫在眉睫。金属有机框架材料（MOFs）作为一类相对新颖的多孔有机-无机杂化材料,因其可控的拓扑结构和多样的化学微环境,在低碳烃分离和纯化领域受到广泛关注。本文概述了MOFs作为分离和纯化低碳烃气体吸附剂的特性,重点关注了MOFs材料在C₁（CO₂/CH₄）、C₂、C₃烯/烷烃以及烯/炔烃分离领域的应用进展。首先归纳了MOFs材料在C₁~C₃烃类物质分离过程中的三种常见分离机制,并据此回顾了近年来MOFs材料对常见C₁~C₃烃类分子的吸附及分离性能;分析了MOFs材料在C₁~C₃烃类物质分离过程中的构效关系,总结了MOFs材料的孔道尺寸/形状、骨架柔性和表面功能的调控理念与方法,并提出MOFs材料成本高、水热稳定性差、主客体关系难以精准探测等制约其应用发展的现状。文章指出未来研究重点为开发低成本多样化专一性的新型配体,构造复合型吸附剂,并明确吸附分离过程中分离体系主客体性质,为MOFs材料用于低碳烃分离的定向设计提供了探索方向。     

金属有机骨架用于气体存储、吸附分离的研究进展

金属有机骨架(MOFs)由于具有大比表面积、高孔隙率、可调孔径、结构多样、开放的金属位点和化学可修饰性等诸多优点而被广泛用于气体的吸附分离研究。本文对近年来MOFs在气体存储、吸附分离领域的研究进展进行了综述,讨论了不同MOFs对氢气、甲烷的存储性能和存储机理及对二氧化碳、低碳烃等的分离性能和吸附机理,指出MOFs材料的比表面积、孔结构、金属位点、π-π键合作用、可修饰基团等是影响不同MOFs吸附分离过程的重要参数。有目的的功能化改性是提高MOFs材料选择性吸附分离性能的有效方法,但目前仍普遍存在存储吸附性能不够、稳定性不强、成本过高等问题,只有解决这些问题才能使MOFs大量从实验室走向工业化。     

柔性金属有机骨架材料(MOFs)用于气体吸附分离

柔性金属有机骨架材料(MOFs)具有高度有序的网络结构与可变形的骨架,其骨架结构会对外界的温度、压力及客体分子的刺激产生独特的结构响应。近几年来,柔性MOFs在气体吸附、气体分离、传感等领域显示出巨大的应用潜力。截至目前,研究者们对柔性MOFs的研究仅局限于对其结构形变的机理解释,而缺乏对柔性MOFs应用于相关化工过程的性能研究。本文着重对近年来柔性MOFs在气体吸附分离领域的研究进展进行了综述,并详细地分析了柔性MOFs结构与其气体吸附分离性能之间的构效关系。通过分子模拟结合实验,讨论了柔性MOFs结构对气体分子的平衡吸附与动力学扩散的影响。分析表明,设计合成具有良好吸附选择性与扩散性能的柔性MOFs是其应用于绿色、高效气体分离过程的重要发展方向。     

金属有机框架材料吸附VOCs影响因素研究进展

挥发性有机化合物（VOCs）对环境和人体健康均具有严重危害,而吸附法作为有效的VOCs脱除技术已得到广泛应用。在众多吸附剂中,金属有机框架材料（MOFs）以其极大的比表面积、可调节的孔径和可修饰性等优势,在VOCs脱除领域展示出良好的应用前景。本文首先介绍了在吸附过程中涉及到的吸附机理,从影响因素角度回顾了近年MOFs在VOCs吸附方面的研究进展。按照吸附质与吸附剂的几何结构、改性官能团、MOFs的金属位点、酸碱、水和碳材料复合等多个方面剖析了吸附过程中的影响因素,并将其分为内部影响因素和外部影响因素两大部分。针对影响因素归纳了提高吸附量的主要方法,并对MOFs吸附VOCs的吸附量进行了汇总。最后总结并展望了未来应用MOFs吸附VOCs的研究发展方向,期望为深入研究VOCs脱除技术提供有价值的参考。     

天然气存储用高比表面积活性炭的制备及对甲烷吸附性能的研究（摘要）

天然气作为环境友好型燃料，在我国能源消费结构的比例日益提高。吸附存储天然气技术（ANG）是对天然气高效存储的新技术，高容量吸附材料的制备是技术核心。综合考虑吸附能力、生产成本以及循环寿命等因素，高比表面积活性炭被认为是最有推广前景和应用价值的天然气存储吸附剂。KOH活化法被认为是制备高比表面积活性炭的有效方法。目前，该法存在的问题如下：首先，实验室研究多采用保护气控制烧蚀程度，这对于工业化生产高比表面积活性炭的指导意义并不明显。其次，原料性质对KOH活化法的影响鲜有研究，造成难以判断合适的原料预处理方法。     

水蒸气对MOFs材料吸附分离混合气影响的研究进展

实际工业过程中混合气的分离通常会受到水蒸气的影响,所以选择合适的固体吸附剂很重要。金属有机骨架(MOFs)材料是一类具有高比表面积、孔径可调等特点的新型材料。不同类型的MOFs材料与水的作用力不同,因此,水蒸气的存在对于该类材料的气体吸附和分离能力有着不同的影响。本文对近年来水蒸气对MOFs材料的气体吸附和分离影响的研究进行讨论。     

金属-有机骨架材料用于CO_2吸附的研究进展

综述了近年来MOFs材料对纯CO_2吸附及从二元混合气中对CO_2进行吸附分离领域的研究进展,讨论了吸附温度,比表面积对材料CO_2吸附量的影响,阐明了材料吸附及分离CO_2的机理,指出了负载官能团、掺杂金属离子、制备复合材料是提高材料CO_2吸附性能的有效手段。目前,将金属-有机骨架材料作为CO_2吸附剂仍面临成本过高,吸附性能有待进一步加强等问题,只有解决了这些问题,材料才能实现工业化应用。     

石化行业小分子烃类吸附分离研究进展

石化行业小分子烃类的治理是环保领域的重点研究方向。吸附法对于小分子烃类的净化去除效果优、经济性佳。其中,吸附剂是整个吸附过程的核心。本文介绍了活性炭、分子筛,金属有机框架材料(MOFs)三种类型的吸附剂在小分子烃类吸附中的研究进展。结果表明,活性炭在该领域技术较为成熟,分子筛及MOFs材料的设计及改性将成为重点的研究方向。未来,小分子烃类吸附剂材料将向着低成本、绿色环保、吸附性能强、高稳定性,可回收利用等方向发展。     

金属有机框架材料的水稳定性及吸水应用进展

水蒸气广泛存在于空气和工业气体中,收集利用或去除水蒸气都需要利用高吸水储水的吸附剂。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)作为一种具有高孔隙率、高比表面积的新型多孔材料,同时具备网状结构和孔径可控调节的特性,被广泛应用于吸附、分离、催化、过滤等多个领域。将MOFs应用于水吸附领域不仅要求MOFs具备较高的水稳定性,还需要具备亲水和吸附-脱附循环能力。本文综述了水稳定性MOFs的基本组成,基于皮尔森软硬酸碱理论的设计原则,水吸附行为的影响因素以及空气集水、气体除湿等应用领域的进展,以饱和吸湿量为参考罗列了13种水吸附MOFs及其衍生物的物理参数。最后总结了水吸附MOFs在合成机理、批量制备和应用领域存在的问题,并对应提出了解决思路,期望为MOFs在水吸附应用的研究方向提供有价值的参考。     

金属有机骨架材料的制备及其吸附应用

金属有机骨架材料（MOFs）是利用配位键自组装金属离子和有机配体形成的一类新型骨架材料。近年来,MOFs材料研究受到科研人员的广泛关注,其应用范围也越来越广泛。论述了常见的MOFs材料的制备方法,并系统介绍了MOFs材料在有机物吸附方面,尤其是染料吸附、抗生素去除及天然产物提取分离等领域的应用。通过文献调研,论文对MO...     

丙烯丙烷吸附分离材料研究进展

在丙烯的生产过程中,因丙烯/丙烷的分子大小及挥发性较为接近而难以高效分离,其精馏分离过程能耗较高。变压吸附(PSA)技术作为一种高效的气体分离技术,其核心是高效吸附剂的开发。该文综述了近年来国内外关于丙烯/丙烷分离吸附剂的研究进展。重点介绍了分子筛、碳分子筛以及金属-有机骨架材料(MOFs)在丙烯/丙烷分离上的应用。详细阐述了影响多孔材料丙烯/丙烷吸附分离比的关键因素,并对比了几种吸附分离材料的优缺点。研究发现,应根据实际应用场合、原料气体的组成、丙烯/丙烷相对含量以及吸附材料的实际使用条件等来选择合适的吸附剂。最后,对丙烯/丙烷吸附分离材料的开发及其在实际中的应用进行了展望。     

配位不饱和金属-有机骨架材料吸附CO_2的研究进展

配位不饱和金属-有机骨架(MOFs)材料是一种极具潜力的小分子气体吸附分离储存材料。本文回顾了近几年MOFs材料在捕集CO_2领域的发展状况,对近年来研究比较集中的几种金属配位不饱和MOFs材料进行了详细的介绍与比较,如MIL系列、Cu-BTC系列及MOF-74等。该工作为系统地认识MOFs和拓展其未来在CO_2吸附分离领域的应用提供了帮助。本文同时也进一步指出不饱和金属配位的存在对多孔MOFs材料的吸附性能起着重要作用。在多孔MOFs材料对CO_2捕集效果仍不能满足工业需求的现状下,预测合理设计MOFs的金属配位中心且通过活化处理调控MOFs中金属的配位状况,甚至对其孔道表面功能化修饰将是该类型材料的发展方向,并在最后从制备方法、金属中心的选择与表面改性3方面作了总结。     

吸附天然气技术

介绍了利用吸附剂吸附储存天然气用于汽车燃料的技术概况，综述了粉状吸附剂的制备、吸附剂的成型吸附热效应以及天然气中杂质对吸附性能的影响。     

金属有机框架材料对轻烃气体的分离和提纯

轻烃混合物的分离和提纯是石油化学工业中非常重要的过程之一。用固体吸附剂进行吸附分离,不仅可以潜在地降低成本,而且可以提高效率。因此,当前在常温条件下开发固体吸附剂用于高效选择性吸附轻烃混合物的需求是相当迫切的。金属有机框架材料作为一类新型的多孔有机无机杂化材料,由于其无与伦比的特性显示出良好解决这一挑战任务的前景。本文综述了MOFs材料作为分离和提纯轻烃混合物分离剂的研究进展和作用机理,包括了甲烷的提纯、炔烃/烯烃、烷烃/烯烃等的分离。最后,讨论了在材料领域中,MOFs材料的进一步研究存在问题和未来可能研究方向。     

MOFs材料对挥发性有机物(VOCs)的吸附研究

挥发性有机物(VOCs)严重危害人体健康和破坏生态环境,吸附技术是处理VOCs的有效技术之一,多孔材料是最常使用的脱除VOCs的吸附剂。金属有机骨架材料MOFs是一种新型的多孔骨架材料,由于具有巨大的比表面积和孔容,其在吸附方面的研究也日益引起人们的关注。系统调研了近年来MOFs材料吸附VOCs的研究进展,首先介绍了MOFs材料及其特点;其次分类详述了不同MOFs材料(MOF-5、MOF-177和MIL-101等)及其对典型VOCs的吸附性能;最后总结和展望了MOFs材料在吸附VOCs及其他有毒气体的应用前景。     

天然气吸附技术及吸附剂的研究进展

介绍了天然气吸附技术的发展及应用概况;对常用天然气吸附剂的制备方法、吸附剂结构、成型工艺、吸附热效应及杂质气体等因素对吸附剂性能的影响进行了分析;展望了天然气吸附技术及吸附剂开发的发展前景。     

天然气中汞的脱除技术

鉴于环保、设备安全以及人身健康的要求,有效脱除天然气中汞的应用技术日渐受到重视。简述了物理吸附、化学吸附、溶液吸收和低温分离等具有代表性的天然气脱汞的工艺进展。对活性炭汞吸附剂、负载金属吸附剂、卤化或载硫活性炭和其他类型汞吸附剂在天然气中汞脱除的应用进展进行了阐述。研究了入口天然气的温度和湿度对脱汞效果的影响,较低的温度和湿度有利于汞的脱除。