离子液体-金属有机骨架协同强化低浓度煤层气吸附分离及相平衡研究

批准号:
51906232
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
雷广平
依托单位:
学科分类:
E0606.热物性与热物理测试技术
结题年份:
2022
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
吸附分离CH4/N2是实现低浓度煤层气高效利用的重要手段。针对目前变压吸附存在N2吸附量和选择性低的问题,本项目基于N2分子与具有空电子轨道的金属离子间的强相互作用,提出以离子液体负载型金属有机骨架(IL@MOF)为吸附剂。通过调控MOF拓扑结构、表面特性、有机配体及金属离子种类,强化N2与吸附剂间的相互作用,提升N2吸附量;进一步调节IL负载量对吸附剂孔隙结构进行精细调控,提高CH4分子扩散阻力,降低其吸附量,从而实现CH4/N2的高效分离。从低浓度煤层气吸附相平衡数据出发,研究各因素对低浓度煤层气吸附相平衡特性的影响规律,揭示IL-MOF协同作用对低浓度煤层气分离性能的影响机制,建立考虑两者协同作用的气体吸附相平衡方程,阐明IL@MOF结构特性—IL-MOF协同作用—CH4/N2分离性能之间的内在联系。本项目体现了多学科的交叉融合,其成果将为变压吸附分离低浓度煤层气技术的发展奠定基础。
英文摘要
Adsorption separation of CH4/N2 mixture is an important method for efficient utilization of low-concentration coal bed methane. To solve the problem of low N2 adsorption quantity and selectivity in traditional pressure swing adsorption, this project proposes ionic liquid supported metal-organic frameworks (IL@MOF) can be used as an efficient adsorbent, base on the strong interaction between N2 molecules and metal ions with empty electron orbital. By controlling topology, surface properties, species of ligands and metal ions of metal-organic frameworks, enchancing the interaction between N2 molecules and adsorbent, thus increasing the N2 adsorption quantity. Furthermore, the pore structures of adsorbent are finely controlled by adjusting IL loading, which increase the diffusion resistance of CH4 molecules and decrease its adsorption quantity, so as to realize the efficient separation of CH4/N2 mixture. On the basis of the phase equilibrium data, this project focuses on exploring the influence of various factors on the phase equilibrium properties of low-concentration coal bed methane, revealing the influence mechanism of synergy effect of IL-MOF on the separation properties of low-concentration coal bed methane, establishing the phase equilibrium equation with synergy effect of IL-MOF, illuminating the internal relations among the structural properites of the IL@MOF, synergy effect of IL-MOF and separation properties of CH4/N2 mixture. This project shows the intercross and coalescence among multi-subjects, the achievements will promote the development of pressure swing adsorption in the separation of low-concentration coal bed methane.
合理开发利用低浓度煤层气对我国能源结构优化、大气环境保护具有重要意义。而吸附分离CH4/N2是实现低浓度煤层气高效利用的重要手段,但是由于CH4与N2具有相似的物理性质和分子动力学直径,导致目前变压吸附分离低浓度煤层气存在吸附量和选择性低的问题。针对该问题,本项目通过将客体分子封装至金属有机骨架孔隙内的方法调控了吸附剂的孔隙结构和表面特性。采用密度泛函理论、分子模拟、实验表征及理论分析方法,从微观到宏观角度详细研究了不同复合材料对CH4, N2组分及混合物的吸附分离性能。基于CH4, N2组分吸附相平衡数据,研究了温度、压力等因素对低浓度煤层气吸附分离的影响规律;揭示了客体封装分子强化CH4/N2混合气体吸附分离的作用机制;阐明了吸附剂结构特性—主客体协同作用—CH4/N2分离性能之间的内在联系。本项目体现了多学科的交叉融合,其成果将为变压吸附分离低浓度煤层气技术的发展奠定基础。项目实施期间发表学术论文8篇,其中SCI/EI论文6篇,会议论文1篇;申请国家发明专利1项;培养硕士研究生5名;参加基金委组织的学术会议4人次。
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
DOI:--
发表时间:--
期刊:无机盐学报
影响因子:--
作者:刘子涵;席国君;雷广平
通讯作者:雷广平
Selective adsorption of CO2 by Hex-star phosphorene from natural gas: Combining molecular simulation and real adsorbed solution theory
六角星磷烯选择性吸附天然气中的CO2:分子模拟与真实吸附溶液理论相结合
DOI:10.1016/j.ces.2020.116283
发表时间:2021
期刊:Chemical Engineering Science
影响因子:4.7
作者:Guangping Lei;Qibin Li;Hantao Liu;Yayun Zhang
通讯作者:Yayun Zhang
Improving water desalination via inhomogeneous distribution of [BMIM][BF4] in 2D carbon nanotube networks: Nonequilibrium molecular dynamics simulation
通过[BMIM][BF4]在二维碳纳米管网络中的不均匀分布改善海水淡化:非平衡分子动力学模拟
DOI:10.1016/j.molliq.2021.115813
发表时间:2021-03
期刊:Journal of Molecular Liquids
影响因子:6
作者:Guangping Lei;Daokun Chen;Xueqing Zhang;Hantao Liu
通讯作者:Hantao Liu
Coral-like Fe-doped MoO2/C heterostructure with rich oxygen vacancies for efficient electrocatalytic N2 reduction
具有丰富氧空位的珊瑚状 Fe 掺杂 MoO2/C 异质结构可有效电催化 N2 还原
DOI:10.1039/d2dt03275a
发表时间:--
期刊:Dalton Transactions
影响因子:4
作者:Fangwei Ma;Zhifeng He;Xin Cui;Guangping Lei;Zeyi Liu;Xiaoyang Yang;Yi-Fu Liu;Jiafeng Wan
通讯作者:Jiafeng Wan
DOI:10.11949/0438-1157.20220362
发表时间:2022
期刊:化工学报
影响因子:--
作者:席国君;刘子涵;雷广平
通讯作者:雷广平
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