纤维素基多孔炭的制备及其用于CO2吸附与分离的研究

多孔炭被广泛用于气体吸附与分离、空气和水的净化、催化等领域。以生物质为原料制备多孔炭将为开发功能多孔材料提供一种绿色、可持续的路径。总结了近年来以纤维素为原料合成多孔炭的研究进展,并着重介绍了纤维素基多孔炭在CO_2吸附与分离等领域的应用。     

多孔液体：合成与应用

多孔液体是一类具有永久孔隙的新兴液体材料,它将多孔材料优异的性能和液体的流动性结合在一起。具有永久空腔的造孔器（pore generator）,可以完全由无机砌块单元、有机配体和无机节点的组合单元或有机砌块单元构成。本文根据造孔器的结构综述了使用无机纳米材料、金属有机框架和多孔笼合成多孔液体的最新研究进展。文章指出作为新的研究领域,多孔液体化学正处于起步阶段,虽然面临着诸多挑战,但应用潜力巨大。目前在气体吸附、异构体识别、多孔液体膜的合成等方面都有研究,有望在气体捕捉和分离、催化、膜材料制备等领域得到应用。     

纳米结构多孔固体在二氧化碳吸附分离中的应用

二氧化碳（CO2）的双重角色（温室气体及一碳化工原料）使其吸附分离研究具有重要学术及社会经济意义。本文以多孔吸附材料为主线,系统评述了多孔炭、分子筛、有机金属骨架类材料及多孔聚合物等的CO2吸附分离最新研究进展。这些吸附材料的特点：多孔炭的微观及宏观形貌可控,孔结构可调,稳定性好;分子筛的具有丰富的微孔,孔径分布集中;有机金属骨架及多孔聚合物的种类多样,代表一类新兴的CO2吸附材料。分析了多孔固体应用于CO2吸附分离所涉及的关键科学问题,即高效吸附材料立体设计及影响选择性和吸附量等重要参数。提出澄清微孔/介孔/大孔比例以及表面基团种类和数量对CO2吸附贡献的定量关系的必要性,对材料的定向合成与优化有重要指导意义。     

MOFs基多孔液体的制备及其应用

多孔液体(Porous Liquids, PLs)是一种结合了多孔固体材料永久孔隙率和液体流动性的新型液体材料,在气体吸附和分离、催化等应用领域中展示出巨大的潜力。金属框架材料(MOFs)因其具有高的比表面积、热和化学稳定性、独特的结构以及制备简单的特点,使其有望成为构筑PLs多孔宿主的最佳候选材料之一。近些年来,基于MOFs(ZIF-8、ZIF-67、UiO-66等)基多孔液体相关研究被陆续报道。首先,介绍了多孔液体的分类;其次,总结了近些年来MOFs基多孔液体的制备以及应用;最后,对MOFs基多孔液体的制备存在的挑战与未来在气体吸附、催化等领域进行了展望与总结。     

多孔液体设计制备及性能分析研究进展

多孔液体（porous liquids,PLs）作为一种新型材料,由于兼具固体多孔性和液体流动性,在催化、储能、石油化工、光电材料、气体吸附分离、气体储运、生物医药等领域具有广泛的应用前景。但多孔液体制备过程中存在合成路线复杂、有机溶剂挥发、液体黏度大、久置沉淀等问题,制约了多孔液体的进一步发展与应用。本文围绕多孔液体的设计制备过程中存在的可行性、稳定性、流动性及碳捕集性能等问题,阐述了多孔液体的种类,综述了近年来多孔液体制备方法和流程以及多孔液体内核外冠结构对稳定性、流动性的影响,概述了目前多孔液体在碳捕集方面的研究进展。最后对多孔液体在制备合成方面的挑战进行了归纳总结,在气体吸附分离及其他方面的应用进行了展望。     

聚苯胺基多孔炭制备及 CO 捕集性能研究

以聚苯胺为原料,采用NaOH活化法,在原料与活化剂质量比为1砄4的情况下,研究了不同的活化时间（0.5 h、1 h、2 h）对多孔炭孔隙结构和CO2吸附性能的影响。通过N2吸附脱附、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）,对样品的孔隙结构和形貌进行了表征。采用变压吸附法在常温常压下测试了样品对CO2的吸附性能。结果表明：当活化时间为1 h时,比表面积达到最大值2024 m2／g,微孔孔容达到最大值0.926 cm3／g。然而,当活化时间为0.5 h时, CO2吸附量达到了最大值159 mg／g,表明了CO2吸附量与窄微孔孔径分布有直接关系。     

离子液体吸收CO_2的研究进展

CO2的捕集、分离与利用已成为人类共同关心的重要课题。工业上,通常使用传统的有机胺水溶液或热钾碱溶液等脱除CO2。有机胺具有蒸气压,易产生挥发性有机物(VOCs)对环境造成污染;热钾碱溶液等脱除CO2需要较高操作温度因而能耗较高,生产过程经济性有待改善。离子液体具有几乎无蒸气压、热稳定性、结构可设计性等独特优点,在CO2分离领域的巨大应用潜力已成共识。本文结合课题组近期的研究工作,就国内外离子液体吸收CO2的主要研究成果进行综述。     

MOF复合材料在气体吸附分离中的研究进展

作为一种新型多孔材料,金属有机骨架（metal-organic framework, MOF）材料因其具有高孔隙率、大比表面积、孔尺寸高度可调、结构多样等优点,近年来在气体吸附与分离领域显示出广阔的应用前景。然而,在MOF材料的工业化进程中,仍存在稳定性差等问题需要解决。将MOF材料与其他功能材料进行复合,实现不同材料间的协同效应,在保证吸附分离性能的同时,显著提升MOF材料的结构稳定性。本综述概述了MOF基复合材料的构筑策略,与MOFs构筑复合材料的材料,包括碳基材料、离子液体、MOFs、分子筛等。分析了各种MOF复合材料在气体吸附与分离领域的应用进展,并对该研究方向进行了展望。     

多孔液体新型材料研究及应用进展

多孔液体材料指的是内部单元分子具有稳定的、永久性的、形状固定的空腔结构的一类液体,它突破了多孔固体材料不具备流动性所带来的储存和应用等系列问题。本文回顾了多孔液体这一新型材料的研究背景,概述了其最新研究进展。依据多孔液体材料内部单元分子结构的不同将其分为两大类,并详细介绍了其分子结构特点与制备方法。对制备多孔液体材料的物质特性进行了归纳,阐述了多孔液体材料在气体吸附、气体分离、主客体化学等方面的应用进展。最后对其未来发展前景进行了展望,多孔液体材料有望应用于催化、石油化工、光电材料、生物学等领域,其合成和应用将成为人们研究的热点。     

CO2的捕集及资源化利用

新型吸附材料对CO₂进行吸附分离并催化转化为高附加值产品,具有绿色清洁的优点,是未来全球应对气候变化的重要技术选择之一,但在复杂环境CO₂的捕集过程中存在无法高效吸附分离以及成本较高的问题。本文简述了CO₂吸附材料最新研究进展以及资源化利用的有效途径,主要介绍了金属有机骨架（MOF）、分子筛、多孔碳材料、共价有机骨架（COF）等吸附材料的物化性质等对吸附量和选择性的影响,从催化转化的角度对合成甲酸、甲醇以及烯烃等小分子化合物进行了论述。基于含CO₂废气的综合治理问题,探讨了将钢铁行业中的烟道气以及高炉煤气等进行加氢的可行性,在CO₂捕集和转化的科学技术进步上开拓了新思路,对CO₂更加清洁高效利用,实现低碳化、智能化多能融合进行展望。     

基于不同粒径ZIF-8多孔液体的二氧化碳捕集性能

通过粒径调控策略制备了基于不同粒径ZIF-8的多孔液体(PLs),并用于CO₂的捕集。考察了ZIF-8粒径对多孔液体捕集CO₂的吸附容量、吸附速率、CO₂/N₂选择性及循环稳定性的影响,并对不同粒径多孔液体的CO₂吸附动力学进行研究。结果表明,多孔液体中具有永久的孔隙结构,不同多孔液体均具有优异的流动性。3种不同粒径的多孔液体室温下放置60 d或4500 r/min下离心5 min后均未出现聚集、沉积现象,表明不同粒径多孔液体均具有较好的稳定性。由不同粒径ZIF-8合成的多孔液体对CO₂的吸附过程包括物理吸附和化学吸附。其中,ZIF-8粒径为43 nm的多孔液体ZIF-8-PLs(43)对CO₂的饱和吸附容量最大,为63.0 mg/g;ZIF-8-PLs(145)展现了较快的CO₂吸附速率,准二级动力学常数为1.91×10^–3 g/(mg·min);ZIF-8-PLs(1400)具有最高的C...     

离子液体自模板合成多孔碳氮材料及其对二氧化碳的吸附

以多种氰基离子液体为前驱体，采用高温碳化法直接制备多孔碳氮材料，系统考察了离子液体前驱体阳离子结构、阴离子种类及合成条件等因素对碳化材料比表面积、氮元素含量及氮种类的影响，并研究其对CO2的吸附性能。结果表明，阴离子在聚合过程中起模板剂的作用。合成材料主要呈介孔结构，比表面积最高达732.6 m2/g，氮含量最高为9.9wt%，在温度25℃、压力1.8 MPa条件下，CO2的吸附量最高达20.9wt%。多孔碳氮材料经180℃真空加热后可完全脱附再生，再生稳定性良好。     

固定分离CO2离子液体的合成进展

因具有性质稳定、无挥发、CO2溶解能力强、产物易于分离、循环使用性高等特点,离子液体可望替代传统有机吸收剂用于气相CO2的固定分离.在简述其应用概况的基础上,主要综述了近期国内外此类离子液体(主要分为常规型和功能型两种)的合成方法的研究进展,并对功能型离子液体和相关材料的绿色合成方向进行了展望.     

多孔碳结构调控及其在二氧化碳吸附领域的应用

CO_2大量排放引发的温室效应已成为当今世界面临的重要环境问题。燃煤发电厂是CO_2的集中排放源,其排放量约占总排放量的42%,因此,燃煤发电厂烟道气中CO_2的高效捕集迫在眉睫。吸附技术操作简便、能耗低,易于实际应用,被认为是最具前景的烟道气CO_2捕集技术。近年来,多孔碳吸附剂因原料来源广、理化特性可控性强以及目标吸附质适应性高等优点,成为当前CO_2捕集技术的研究热点。综述了近年来多孔碳的制备方法,物理活化法、化学活化法、炭气凝胶法和模板法等,以及制备方法对孔径结构、杂元素掺杂缺陷和多孔碳表面性能的调控;并阐述了孔径结构、元素掺杂和表面官能团改性对CO_2吸附量、循环稳定性、烟道气中CO_2吸附选择性的影响,归纳了多孔碳吸附在实际应用中亟需解决的问题和关键技术。可进一步深入研究机理,协同制备出更高效且适用于CO_2吸附的多孔碳。     

CO2和N2吸附的研究札记

Experiments were made for the adsorption of CO2 and N2 on typical adsorbents to investigate the effects of porous structure and surface affinity of adsorbents as well as those of adsorption temperature and pressure that might cause the variation of adsorption mechanism. It is shown that polar surface tends to enlarge the adsorption difference between CO2 and N2, and the difference is more sensitive to temperature than the adsorbents with non-polar surface. The adsorbents with non-polar surface are not much sensitive to the effect of water vapor, though the water vapor interferes the separation remarkably. The separation coefficient linearly increases with the micropore volume per unit surface area of activated carbons, but no rule is shown on mesoporous silicon materials. The function of adsorption mechanism on the separation is not as much as expected.     

功能型离子液体吸收电厂烟气CO_2的研究进展

CO2是目前排放量最大的温室气体,利用离子液体固定CO2已经成为CO2减排的重点研究方向之一。介绍了近几年来各种离子液体吸收CO2的研究历程以及研究成果,对比各种离子液体吸收性能的差异,并着重介绍了功能型离子液体捕获CO2的特点及其应用,突出其在CO2固定方面的诸多优势,并对离子液体的吸收机理进行了讨论,同时探讨离子液体在电厂烟气CO2处理过程中所面临的问题。     

聚四氟乙烯膜气体吸收数学模型和孔隙率的影响

膜吸收是将膜分离与传统的吸收技术相结合的一种新型分离技术。在这些过程中经常使用多孔膜,多孔膜对过程的传质性能有一定的影响。对不同孔隙率的微孔聚四氟乙烯(PTFE)疏水性平板膜的膜气体吸收过程中液相传质性能进行了实验研究。当采用去离子水-CO2吸收体系时,多孔膜的孔隙率对液相传质性能没有影响;当采用NaOH水溶液-CO2吸收体系时,多孔膜的孔隙率对液相传质性能有明显的影响。在相同流速下,孔隙率大的膜液相传质系数高于孔隙率小的膜。以双膜理论为指导,建立了多孔膜气体吸收过程中液相传质模型。用该模型描述多孔膜孔隙率对液相传质系数的影响,其结果与实验数据具有良好的一致性。