分子篩及其膜材料的吸附、擴散與分離性能研究

《分子篩及其膜材料的吸附、擴散與分離性能研究》是依託浙江師範大學，由朱偉東擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：分子篩及其膜材料的吸附、擴散與分離性能研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：朱偉東
• 依託單位：浙江師範大學

項目摘要

本項目針對微孔材料吸附和擴散研究領域需要解決的共性瓶頸性重要科學問題，以烷烴異構體在silicalite-1晶體及CO2和CH4在DDR和ZIF結構型MOFs晶體及其相應膜材料中的吸附和擴散為體系，展開全面而深入的研究：提出熱力學一致性混合物在微孔分子篩上的吸附等溫方程；基於實驗所測單組分體系擴散係數，建立微孔分子篩傳遞擴散係數與吸附相濃度間的關係；闡明利用微觀和巨觀實驗方法對同一體系所測擴散係數差異的內在原因；拓展和深化Maxwell-Stefan方程研究多組分體系在微孔分子篩中的擴散機理，修正和發展新的模型；發展表征分子篩的吸附和擴散性能的新理論和實驗技術，項目的實施將極大地提升我國在此領域的研究水平和國際影響。預期可以解決在微孔分子篩吸附及擴散研究領域目前存在的若干重要科學問題，尤其在微孔分子篩上混合物的吸附、擴散速率與吸附相濃度間的關係等方面取得突破性進展。

結題摘要

本項目針對分子篩及其膜材料的製備及其用於吸附分離研究領域所共存的重要瓶頸科學問題展開了全面而深入的研究，對照項目任務書要求的目標，我們完成了下列指標： 1、發明了一種工藝簡單、重複性好且產物品質優良的全矽型DD3R沸石分子篩的合成方法，該法可用於其它沸石分子篩的可控合成； 2、創新性地一步法合成了高度有序且具有高氨基負載量的介孔SBA-15材料，發展了氨基功能化有序介孔材料的合成方法，所合成的材料具有優良的吸附分離CO2性能； 3、創新性地提出了ZnO功能材料誘導生長高穩定性的無缺陷ZIF-8管式膜的製備技術方法，製備策略具有很好的重複性和可放大性，解決了有機－無機雜化膜材料製備中所共存的瓶頸科學問題，豐富了金屬有機骨架（MOFs）膜材料的製備技術，所製備的ZIF-8膜有優異的穩定性和分離H2性能； 4、提出了包括具有“呼吸效應”的MIL-53和具有“閘門開啟效應”的ZIF-7等分子篩材料上的吸附等溫方程模型，發展了Maxwell-Stefan方程在模擬多組分體系吸附分離性能研究中的套用； 5、結合分子模擬技術，揭示了利用ZIF-7的“閘門開啟效應”實現N2O/CO2混合氣體高效分離的機制，豐富了對ZIFs材料中出現的“閘門開啟效應”的理論詮釋； 6、系統地研究了包括活性炭、沸石分子篩、氨基功能化介孔材料和MOFs（含ZIFs）等材料對CO2的吸附分離性能和評估方法，為CO2吸附劑的工業化套用提供了科學依據； 7、此外，開展了下列三方面的研究：（1）新型分子篩膜包覆的核殼結構型催化劑的設計製備及其套用；（2）高效雜原子分子篩催化劑的製備與反應過程強化；（3）分子模擬技術在MOFs材料的吸附分離及發光性能研究中的套用。 本項目的相關研究成果在國際學術刊物上發表和接收研究論文79篇，其中SCI收錄77篇；申請中國發明專利20項（其中授權專利3項）。相關深入研究論文正在整理和投遞中，專利也在申請中。項目執行期間，共有7名博士生和28名碩士生從事這項研究工作，其中有3名博士生和23名碩士生參與了該項目的研究工作並已畢業。通過參加該重點基金項目的研究，培養了他們的科研能力，提高了他們的學術水平。 對照項目申請書中研究成果的指標，圓滿完成了預期的任務，超額完成了預期的指標。