课题基金 / 基金详情

密闭环境微量有害气体非再生型吸附材料设计制备与构效关系研究

批准号:
52070010
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
朱天乐
依托单位:
学科分类:
大气污染控制工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
朱天乐

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
非再生型吸附后接再生型吸附是净化潜艇和地下阵地等密闭环境微量有害气体的最有效方法。针对密闭环境的萘和3-甲基吲哚等大分子有机组分,以及NH3和H2S等极性无机组分的非再生吸附净化需求,本项目致力于吸附选择性强、吸附容量大、吸附速率高和耐湿性好的有序介孔炭质吸附材料研究。借助计算机模拟,进行吸附材料孔结构设计;采用模板法制备技术,借助碳源、模板剂和去模板策略的优化,精准调控吸附材料的孔结构,从而制备出可净化大分子有机组分的有序介孔炭质吸附材料。同时,借助模板法制备工艺优化和后期表面改性,使有序介孔炭质吸附材料兼具净化极性无机组分的能力。然后,开展吸附材料表面物化性质表征和吸附性能评价研究。最后,全面分析吸附材料制备工艺、表面物化性质和吸附性能,关联三者的关系,明确影响吸附性能的关键因素和优化吸附材料制备工艺的策略,为实现非再生型吸附材料在密闭环境微量有害气体净化中的应用奠定基础。
英文摘要
The series combination of non-regenerable absorption and regenerable adsorption is the most effective method to purify the trace harmful gaseous components in the closed space environment, such as submarine, underground battlefield and so on. Paying attention to the requirement of non-generable adsorption purification of the organic components with a large molecular size (naphthalene and 3-methylindole) and the inorganic components with chemical polarity (NH3 and H2S), this project is dedicated to develop the ordered mesoporous carbonaceous adsorbents with excellent adsorption selectivity, large adsorption capacity, high adsorption rate and good moisture resistance. A series of ordered mesoporous carbonaceous adsorbents, aimed at purifying the trace organic components, will be prepared by the template method. The pore structure will be designed with the help of computer simulation, be precisely regulated and controlled by optimizing the suitable carbon sources, templating agents and template removal strategy. Meantime, the template preparation process optimization and surface modification of the ordered mesoporous carbonaceous adsorbents will be done to make them possess the ability to purify the trace inorganic components, too. On this basis, the characteristic analysis and adsorption performance evaluation will be carried out. Finally, the preparation processes, physiochemical characteristics and adsorption performance of the ordered mesoporous carbonaceous adsorbents will be completely and adequately analyzed and their inherent relationship, thus, will be established. The key factors and tendency of affecting the adsorption performance, as well as the strategy of optimizing the adsorbent preparation processes will be made clear. In this way, a solid foundation, applying the non-regenerable adsorbents in the purification of the trace harmful gaseous components in the closed space environment will be established.
载人航天器和地下阵地等处于任务状态时,是一个人机共存的密闭环境。人体代谢和材料脱气会导致环境中微量有害气体不断积累,必须对其进行净化处理,以保障作业人员的身心健康和战斗、工作能力。针对萘之类大分子有机组分、H2S和NH3等极性无机组分非再生吸附净化需求,本项目借助计算模拟,进行吸附材料孔结构设计;采用模板法制备技术,精准调控吸附材料的孔结构;再结合材料改性,使其具备多污染物共吸附性能。研究目标是获得吸附容量大、吸附选择性强和耐湿性好的吸附材料,并明确构效关系。.分子模拟表明,萘的吸附容量随有序介孔硅(OMS)和有序介孔炭(OMC)孔径的增加先增后降,对萘具有最大吸附容量的OMS和OMC孔径分别为2.3 nm和4 nm,此孔径材料表面吸附的甲苯可被萘置换而脱附。实验研究表明,典型硅基和碳基吸附材料的质量吸附容量排序为OMC-4(孔径4 nm)>MC(无序介孔碳)>AC(商业活性炭)>OMS-2.3(孔径2.3 nm)>SBA-15(有序介孔硅)>SiO2(无序介孔硅),体积吸附容量排序为MC>AC>OMS-2.3>OMC-4>SiO2>SBA-15;有序介孔吸附剂的吸附速率大于无序介孔吸附剂;微孔含量较少的吸附剂对萘表现出更高的吸附选择性;介孔碳吸附剂在高湿(RH=80%)条件下对萘的吸附容量与干空气条件下相当;介孔硅基吸附剂中引入氯甲基二甲基氯硅烷和FeCl2,制备的改性介孔硅基吸附剂对苯乙烯表现出了优异的吸附性能,在干空气条件和高湿空气(RH=80%)条件下对苯乙烯的吸附容量分别是未改性介孔硅基的4.67倍和9倍,而且几乎不受甲苯共存的影响;在OMC或OMS表面负载Cu2O对干条件的H2S吸附几乎无影响,但可显著提高湿条件下H2S的吸附性能;OMC中掺杂氮可显著改善干、湿条件下的H2S和NH3共吸附性能。本研究为非再生型吸附材料应用于密闭舱室气相低浓度大分子有机物和无机污染物的吸附净化提供理论依据和技术支撑。
臭氧氧化协同文丘里洗涤净化非道路柴油移动机械排气NOx和PM研究
  • 批准号:
    52370106
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    朱天乐
  • 依托单位:
非热等离子体脱除湿法烟气脱硫排气氮氧化物和雾粒的研究
  • 批准号:
    21377009
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    朱天乐
  • 依托单位:
低温等离子体处理室内空气形成的二次污染物及其催化净化研究
  • 批准号:
    21177006
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    朱天乐
  • 依托单位:
非热等离子体净化湿熄焦气雾污染物的研究
  • 批准号:
    20977003
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    36.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    朱天乐
  • 依托单位:
国内基金
海外基金