金屬有機骨架-離子液體耦合型吸附劑的碳捕捉性能研究

《金屬有機骨架-離子液體耦合型吸附劑的碳捕捉性能研究》是依託華中科技大學，由李松擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：金屬有機骨架-離子液體耦合型吸附劑的碳捕捉性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李松
• 依託單位：華中科技大學

項目摘要

化石燃料的使用造成的諸多環境問題，燃煤電廠二氧化碳的捕捉是減緩全球氣候變化、降低碳排放的主要手段之一。新型金屬有機骨架碳捕捉材料具有能耗低、效率高、綠色環保等優勢，而離子液體的導入可大大增加其吸附性能，因此，金屬有機骨架-離子液體耦合型吸附劑顯示出更加優異的碳捕捉性能。由於缺少對該類耦合型吸附劑的系統性研究，本項目以金屬有機骨架-離子液體耦合型吸附劑為研究對象，構建高通量耦合型吸附劑資料庫，並以高通量計算篩選結合實驗研究為方法，探究金屬有機骨架結構和離子液體與耦合型吸附劑碳捕捉性能之間的影響關係。具體內容包括:金屬有機骨架-離子液體耦合型吸附劑資料庫的構建；金屬有機骨架結構/離子液體類型對耦合型吸附劑CO2吸附性能的影響規律；實驗驗證高通量篩選的有效性及構效關係模型。本項目旨在建立耦合型吸附劑的結構與其碳捕捉性能之間的關係模型並進行實驗驗證,為高效碳捕捉材料的設計與開發奠定理論和套用基礎。

結題摘要

二氧化碳的過度排外造成了全球氣候變暖等諸多環境問題。近年來研究表明金屬有機骨架-離子液體複合吸附劑有望成為一種新型高效CO2吸附劑。本課題通過分子模擬結合實驗研究的方法對金屬有機骨架-離子液體吸附劑的碳捕捉性能及其機理進行了初步研究。首先, 通過構建金屬有機骨架資料庫的高通量篩選，明確-NH2對CO2的吸附的影響最大，且修飾中等孔徑的金屬有機骨架能夠能夠獲得CO2吸附量的提升。選擇胺基酸離子液體，構建由不同孔徑MOFs組成的MOF-IL複合吸附劑，並採用基於巨正則蒙特卡洛分子模擬的高通量篩選研究不同離子液體負載量對其並CO2吸附性能的影響。研究發現在中等孔徑的MOFs負載離子液體可以更大程度的提高CO2的吸附量和選擇性，且吸附量隨著離子液體負載量的增加呈先上升後下降的趨勢，且吸附量與選擇性呈反比。進一步通過實驗研究發現，過高的離子液體負載量容易堵塞MOFs的孔徑，造成吸附量的下降。由於離子液體的粘度較高，可能會導致金屬有機骨架的CO2吸附量下降。因此，後續研究需要進一步探索防止離子液體堵塞MOFs的方法，以提高MOF-IL複合吸附劑的CO2 吸附量。綜合上述研究結果，本工作為研究金屬有機骨架-離子液體複合吸附劑的CO2吸附的影響奠定了理論基礎與實驗技術支撐，對於開發高效複合吸附劑提供了有力支持。項目資助發表SCI論文8篇，待發表論文2篇，申請相關發明專利3項，獲批1項。