高效淨化氯代惡臭廢氣微粒分子調控制備、性能及套用

《高效淨化氯代惡臭廢氣微粒分子調控制備、性能及套用》是依託北京交通大學，由陳雲琳擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高效淨化氯代惡臭廢氣微粒分子調控制備、性能及套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：陳雲琳
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

針對日用及醫藥化工上嚴峻的氯代惡臭廢氣淨化要求，開發高效淨化氯代惡臭廢氣的新型軟多孔材料-金屬-有機框架（MOF）微粒，通過對廢棄物的回收與利用技術，借鑑氯代惡臭廢氣組分特性，採用MOF分子調控制備方法，結合現代大型儀器表征手段，最佳化合成出微粒尺度可控、高容量、高選擇性、高強度等性能微粒；率先開展MOF微粒的分子吸附機理及動力學理論研究，建立氣體吸附誘導MOF微粒發生結構相變的微觀機制，揭示微粒分子吸附動力學規律；運用流體力學理論及微粒吸附行為，採用多相流、氣相色譜儀等實驗檢測體系與驗證方法，開展循環式氣固微粒吸附床內微觀、動態相速度、相含率、壓降、吸附行為等理性最佳化研究，使大氣排放達到國家一級排放標準GB16297-1996，獲得我國自主智慧財產權的氯代惡臭廢氣淨化技術。

結題摘要

首先在介觀假設的基礎上，採用蒙特卡洛模擬方法(GCMC)方法，研究金屬有機框架(MOF)晶體的拓撲結構和尺寸，在不同壓強下對氯代烷烴的吸附性能，並通過軟體計算研究被吸附氣體在材料結構中的分布，對其微觀填充機理進行研究。通過密度泛函理論研究柔性MOF的水穩定性及在低含水量時吸附導致的MOF結構變化。利用第一性原理VASP軟體，基於PBE泛函計算了MOF和水形成的主客體體系的全彈性張量,通過二階彈性張量的本徵值和主客體之間的能量分析，對材料結構在有、無水情況下的變化進行研究。通過對有機配體官能團的修飾和在框架節點金屬團簇上引入金屬空配位增強其對氯代氣體的吸附量和選擇性，通過對吸附機理的研究，發現在MOF中，有機配體的改變可以引起拓撲結構的改變，功能化修飾雖不能引起拓撲結構改變，但可調節與客體分子的相互作用從而影響吸附性能。金屬團簇部分對吸附性能有重要的影響，IRMOF-3與MOF-5的金屬團簇部分相同，均為[Zn4O]6+，氨基的修飾直接影響吸附性能。率先合成了不同氧化石墨烯質量分數的5種ZIF-8複合氧化石墨烯，通過測試分析，發現合成的ZIF-8複合氧化石墨烯晶體同時具有ZIF-8和氧化石墨烯的優點，材料內部有著二者協同效應的存在。以所研製的5種材料為吸附劑，設計了氣固兩相固定吸附床裝置，並套用氣相色譜儀對二氯甲烷氣體的吸附性能進行了測試,獲得了二氯甲烷氣體的吸附穿透曲線。率先以水為溶劑利用偏鋁酸鈉和富馬酸在30min的時間內快速合成鋁-富馬酸MOF納米片，合成的納米片分散性較好，實驗研究了其對二氯甲烷和三氯甲烷的吸附性能。通過對倆步法合成UiO-66工藝條件的改進，利用不同量的乙酸對合成過程調節，乙酸的添加使合成的UiO-66會產生部分配體缺失的晶體缺陷，配體缺陷形成的同時明顯提高了材料的比表面積和微孔體積分數。利用所合成出UiO-66材料研究其對二氯甲烷蒸汽的吸附性能，比未經乙酸調節合成UiO-66的吸附量增加了47.3%。合成製備了MIL-101和MIL-101/GrO複合材料，通過對四氯化碳(CCl4)吸附的實驗研究發現MIL-101/GrO對CCl4的吸附量明顯增高，且吸附量均高於傳統吸附劑。