基于硅铝前驱体结构设计和分形特征对合成斜发沸石的导向作用及其骨架外平衡阳离子对CH4/N2的选择性吸附扩散机制

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878006
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0814.产品工程与材料化工
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In order to achieve efficient recovery of CH4 from low quality coal bed gas, adsorbent is one of the key factors. This project demonstrates the influences of structure properties of the obtained clinoptilolite zeolite and its balance cation performances in the presence of external skeletons on the selective adsorption and diffusion behaviors for CH4-N2 mixed gas, which aims at improving the efficient separation of CH4/N2 on the following aspects: the structure design of sol, fractal feature of precursor, and hydrothermal synthesis technique. Firstly, the directing-structure-agents (DSA) with stable and highly active species are obtained by adjusting composition of aluminosilicate sol and various parameters. Then, the growth process of precursor can be controlled by introduction of the selected silane coupling agents onto the initial synthesis system and using DSA as seed. Particularly, the fractal structure evolutions of the sol species during induced period and subsequent nucleation stage are studied by small-angle X-ray scattering (SAXS) technology in combination with other characterization methods. These results are very useful to further understand the crystallization mechanism and thereafter generate purity clinoptilolite zeolite via hydrothermal synthesis. Meanwhile, according to the characteristics of "selectivity" and "polarity", the binary or ternary cation exchange system are designed and selected to prepare the multiple ion-exchanged clinoptilolites, in which the thermodynamics and kinetics are evaluated. Finally, the effects of cationic type, number and its position and distribution in the presence of different channel on the CH4/N2 separation are emphasized, the relevance mechanism of adsorption-diffusion behaviors is proposed, and therefore the structure-performance relationship are elucidated. These results provide important theoretical principle and experimental guidance for the exploration of high-performance adsorbent and development of related potential application.
为实现低浓度煤层气中CH4的高效回收,吸附剂是关键。本项目从溶胶结构设计、前驱体分形解析以及水热合成技术三方面论述斜发沸石的结构性能及其骨架外多种平衡阳离子对CH4-N2混合气体选择性吸附和扩散行为的影响规律,旨在提高CH4/N2吸附分离效率。通过调整配比和工艺参数获得稳定的高活性结构导向剂,并以此为晶种,同时在合成体系中引入硅烷偶联剂控制前驱体的生长过程,采用SXAS技术并结合其他表征方法跟踪溶胶粒子在诱导期和成核阶段的分形结构演变过程,阐明晶化机理,通过水热途径合成高纯相斜发沸石。基于“择性”和“极性”特点,从热力学和动力学角度出发设计和选择二元或三元阳离子交换体系,从而制备出多元离子型斜发沸石。重点研究其骨架外平衡阳离子类型,数量及其在不同孔道中的位置和分布对CH4/N2吸附扩散性能的作用机制,揭示构效关系,为开发高性能吸附剂以及寻求在相关领域中的应用提供重要的理论依据和实验指导。

结项摘要

为实现低浓度煤层气中CH4的高效回收,吸附剂是关键。本项目从溶胶结构设计、前驱体分形解析以及水热合成技术三方面论述斜发沸石的结构性能及其骨架外多种平衡阳离子对CH4,N2,CO2和O2等气体分子选择性吸附和扩散行为的影响规律,旨在提高吸附分离效率。研究内容主要分为“前驱体聚集态结构设计与分形特征演变规律”和“多种离子共存与吸附分离性能”两部分。阐述了斜发沸石溶胶-凝胶水热晶化过程中分形结构及其溶胶粒子尺寸和形貌的演变规律,揭示了溶剂化界面层厚度的形成过程,提出硅铝酸根离子所形成的溶胶-凝胶在水热晶化过程中从初级结构单元的无定形态到次级结构单元,最后组装成三维空间结构的生长机制。 采用晶种法在醇-水体系中合成出具有球型、柱状及花状等不同形貌和尺寸的斜发沸石,发现诱导期是合成高纯相斜发沸石的控制步骤,且醇溶剂随着碳链长度的增加,对于诱导期的促进作用逐步减弱,但是对于生长期具有明显的抑制作用。基于“择性”和“极性”特点,从热力学和动力学角度出发深入考察了二元或三元阳离子(Li+, Fe3+,Cs+,K+,Na+,Rb+,Ba2+,Cu2+,Mg2+,Ni2+,Co3+,Ca2+,Sr2+等)交换性能,结果表明其交换过程主要受热力学因素影响,交换机理则倾向于拟二阶动力学模型和粒子内部扩散机制。探索了上述交换离子类型,数量及其在不同孔道中的位置和分布对CH4,N2,CO2和O2等气体分子的吸附与分离性能的作用规律。结果表明Sr2+或Cs+交换样品表现出良好的N2/CH4分离性能;Li+或Na+交换样品则表现出良好的CO2/CH4和N2/O2分离性能。这些构效关系为开发高性能吸附剂以及寻求在相关领域中的应用提供了重要的理论依据和实验指导。.在本项目资助下,发表学术论文30篇;授权中国发明专利7项;培养17名硕士生和4名博士生顺利毕业;7人次参加国内外2个学术会议。

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
Nanosol precursor as structural promoter for clinoptilolite via hydrothermal synthesis and resulting effects on selective adsorption of CH4 and N2
纳米溶胶前体通过水热合成作为斜发沸石的结构促进剂及其对 CH4 和 N2 选择性吸附的影响
  • DOI:
    10.1016/j.micromeso.2019.109913
  • 发表时间:
    2020-03-01
  • 期刊:
    MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Ouyang, Teng;Zhai, Chengwei;Bai, Shiyang
  • 通讯作者:
    Bai, Shiyang
Core-shell structured assembly strategy of naphthalene anhydride derivatives and MPS-modified mesoporous SiO2 with temperature-responsive property for controlled drug delivery with strong fluorescence
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  • DOI:
    10.1080/00914037.2020.1765363
  • 发表时间:
    2020-05-19
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF POLYMERIC MATERIALS AND POLYMERIC BIOMATERIALS
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Liu, Chang;Sheng, Mengdi;Wu, Xia
  • 通讯作者:
    Wu, Xia
Physicochemical Characteristics and Growth Mechanisms of the Aluminosilicate Nanoparticles for Synthesis of Clinoptilolite
斜发沸石合成用纳米硅铝粒子的理化特性及生长机理
  • DOI:
    10.1002/slct.202201172
  • 发表时间:
    2022-09
  • 期刊:
    ChemistrySelect
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Liujie Bing;Mengdi Sheng;Jihong Sun;Chengwei Zhai;Shiyang Bai
  • 通讯作者:
    Shiyang Bai
Comparison of mesoporous fractal characteristics of silica-supported organocatalysts derived from bipyridine-proline and resultant effects on the catalytic asymmetric aldol performances.
二氧化硅负载联吡啶-脯氨酸有机催化剂的介孔分形特征比较及其对催化不对称羟醛性能的影响
  • DOI:
    10.1039/d2ra00971d
  • 发表时间:
    2022-03-31
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Xu G;Bing L;Jia B;Bai S;Sun J
  • 通讯作者:
    Sun J
Synthesis of mesoporous TiO2/BMMs via hydrothermal method and its potential application toward adsorption and photocatalytic degradation of crystal violet from aqueous solution
水热法合成介孔TiO2/BMMs及其在水溶液中吸附和光催化降解结晶紫的潜在应用
  • DOI:
    10.1016/j.arabjc.2021.103530
  • 发表时间:
    2021-11-17
  • 期刊:
    ARABIAN JOURNAL OF CHEMISTRY
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Gul, Anadil;Ullah, Raza;Bai, Shiyang
  • 通讯作者:
    Bai, Shiyang

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    孙继红

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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