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混合基质膜中两相界面结构和纳米多孔添加物吸附作用强化分离易挥发有机污染物的机制
结题报告
批准号:
21676080
项目类别:
面上项目
资助金额:
64.0 万元
负责人:
胡军
依托单位:
学科分类:
B0801.化工热力学
结题年份:
2020
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
李焱恺、王臣辉、郭方元、彭露、黄晨升、宋美婷、张申平
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中文摘要
易挥发有机污染物(VOCs)的控制排放是我国大气环境治理至关重要的环节之一。本项目针对易挥发有机废弃物膜分离过程中混合基质膜材料的结构调控和强化分离机制,采用实验与计算机分子模拟相结合的方法,从研究纳米多孔颗粒、聚合物、VOCs之间相互作用出发,揭示混合基质膜中添加物/聚合物两相界面和纳米多孔添加物的吸附作用对膜分离性能的影响;定量分析VOCs分子在混合基质膜中各相的传质阻力,构建混合基质膜“溶解-吸附-扩散”渗透传递耦合的新模型;在模型分析基础上设计合成具有协同强化作用的混合基质膜,实现VOCs污染物的高效分离;为化工膜分离材料的设计和制备提供新思路和科学依据。
英文摘要
Removal and recovery of volatile organic compounds (VOCs) is one of the most important concerns in China. In this project, we will focus on the issues of the structure optimization and the facilitation mechanism of Mixed Matrix Membranes (MMMs) in the separation of VOCs. Combining the experimental and molecular simulation methods, we will explore molecular interactions among nanoporous fillers, polymers, and VOCs. Based on this, we will investigate the effects of the interfacial structure of nanoporous filler/polymer and the adsorption properties of nanoporous fillers on the separation performance of MMMs for VOCs; analyze quantitatively the mass transfer resistance of each phase in MMMs; construct the facilitated transport mechanism of “dissolve-adsorption-diffusion” model; select suitable nanoporous fillers to design and fabricate MMMs with enhanced VOCs separation properties. Through the systematical investigations, we hope to provide basic data and general rules for designing and fabrication MMMs to improve membrane separation technology.
工业能耗中高达50%用于产品分离,高效的膜分离技术是降低能耗的重要途径。本项目以低浓度环境有害物的膜分离为研究背景,采用实验、计算机分子模拟和理论计算相结合的方法,从混合基质膜纳米多孔颗粒、聚合物、污染物(VOCs、CO2等)分子之间相互作用出发,揭示了混合基质膜中聚合物/添加物两相界面对膜分离性能的影响规律,建立了膜各相传递耦合的新动态密度泛函理论模型;分子模拟阐明了纳米多孔添加物的孔道结构及其功能化基团对污染物分子的吸附强化溶解-扩散作用;并通过设计与污染物分子具有可逆中等强度作用力的载流子网络,在混合基质膜中构筑强化扩散通道;实验合成了fMOFs、POPs、PIPs、iCOFs等四个系列多孔纳米添加材料,分别针对液相(丁醇/水)体系和气相(CO2/N2)体系,开发了具有高通量、高选择性的系列混合基质膜,膜性能都到达或超过同类产品同期的国际领先水平。所取得的研究成果为膜分离技术提供了从分子水平到宏观工艺的科学依据和创新思路,为解决化工分离膜材料的设计和制备过程提供新方法。在相关领域国际学术刊物发表 (SCI) 论文18篇,获得中国申请发明专利授权2项;获得国际合作项目支持2项,形成良好的国际合作团队。获得上海市科技进步二等奖1项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
"Induced-Fit Suction" effect: a booster for biofuel storage and separation
“诱导契合吸力”效应:生物燃料储存和分离的助推器
DOI:10.1039/c9ta06723j
发表时间:2019
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Li He;Guo Fangyuan;Hu Jun;Peng Changjun;Wang Hualin;Liu Honglai;Li Jing
通讯作者:Li Jing
DOI:10.1016/j.memsci.2019.117677
发表时间:2020-03
期刊:Journal of Membrane Science
影响因子:9.5
作者:Chenhui Wang;Fangyuan Guo;He Li;Jian Xu;Jun Hu;Honglai Liu;Meihong Wang
通讯作者:Chenhui Wang;Fangyuan Guo;He Li;Jian Xu;Jun Hu;Honglai Liu;Meihong Wang
DOI:10.1021/acs.energyfuels.0c02699
发表时间:2020-11
期刊:Energy & Fuels
影响因子:5.3
作者:Xiaoqing Lin;Bin Shao;Jichu Zhu;Fenghongkang Pan;Jun Hu;Meihong Wang;Honglai Liu
通讯作者:Honglai Liu
DOI:10.1021/acsami.9b06488
发表时间:2019-06
期刊:ACS applied materials & interfaces
影响因子:9.5
作者:Yankai Li;Yulong He;Fangyuan Guo;Shenping Zhang;Yanyao Liu;William P. Lustig;Shiming Bi;L. Williams;Jun Hu;Jing Li
通讯作者:Yankai Li;Yulong He;Fangyuan Guo;Shenping Zhang;Yanyao Liu;William P. Lustig;Shiming Bi;L. Williams;Jun Hu;Jing Li
Ultrafast synthesis of 13X@NaA composites through plasma treatment for highly selective carbon capture
通过等离子体处理超快合成 13X@NaA 复合材料以实现高选择性碳捕获
DOI:10.1039/c7ta05649d
发表时间:2017-09
期刊:Journal of Materials Chemistry A
影响因子:11.9
作者:Jiali Huang;Jun Hu;Wenli Du;Honglai Liu;Feng Qian;Meihong Wang
通讯作者:Meihong Wang
水泥生产颠覆性负碳技术——碳酸盐甲烷干重整耦合反应体系关键问题的研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    400万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    胡军
  • 依托单位:
高温烟气二氧化碳捕集与原位转化过程反应强化和能量集成的协同机制
  • 批准号:
    22250005
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    54万元
  • 批准年份:
    2022
  • 负责人:
    胡军
  • 依托单位:
多孔离子聚合物界面结构与特性的调控强化选择性吸附脱硫
  • 批准号:
    21878076
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    胡军
  • 依托单位:
沸石咪唑酯骨架材料深度吸附脱硫的旋流分离技术
  • 批准号:
    21376074
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    胡军
  • 依托单位:
多级孔材料合成、功能修饰及其在CO2吸附捕集中的应用
  • 批准号:
    21176066
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    胡军
  • 依托单位:
介孔材料的修饰及其在CO2捕集与分离中的应用
  • 批准号:
    20776045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    27.0万元
  • 批准年份:
    2007
  • 负责人:
    胡军
  • 依托单位:
国内基金
海外基金