课题基金 / 基金详情

基于分子模拟的CO2分离用二维材料支撑离子液体膜优化设计

批准号:
52073305
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
燕友果
学科分类:
材料设计与表征新方法
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
燕友果

项目摘要

结项摘要

燕友果的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
CO2分离捕获是当前的研究热点之一。膜分离技术具有低能高效、环境友好和可连续操作等优点被广泛应用。二维材料支撑离子液体膜(2D-SILM)作为一种新型CO2分离膜,具有制备简单和结构稳定等优点,极具工业应用前景,其分离性能取决于离子液体/二维材料类型及膜结构。如何从众多离子液体和二维材料中筛选和设计高效分离CO2的2D-SILM,成为当前亟待解决的关键问题。鉴于此,本课题结合分子模拟与实验研究,从离子液体和二维材料筛选、2D-SILM筛选和分离机制解析、2D-SILM优化设计及CO2分离实验研究开展工作;建立基于分子模拟的“离子液体CO2溶解性—2D-SILM稳定性—2D-SILM分离性能”的评价标准,模拟典型CO2工业分离环境,优选出高效分离CO2的2D-SILM;课题将为2D-SILM定向设计提供新的思路和方法,并将该思路逐步拓展应用于SO2、H2S等工业气体分离用2D-SILM设计。
英文摘要
The CO2 separation and capture of has become one hotspot of current research. Separation membrane technology is widely used contributed to their low energy cost and high efficiency, environmental friendliness, and continuous operation. As a new-type CO2 separation membrane, the two-dimensional material supported ionic liquid membrane (2D-SILM) has advantages of feasible preparation and structural stability, etc., and becomes a promising CO2 separation membrane with great industrial application prospects. The 2D-SILM separation performance depends on the types of ionic liquid and two-dimensional material and the membrane structural parameters. How to screen out 2D-SILMs from numerous IL and 2D materials and optimize its structure for high efficient CO2 separation has become a pivotal issue. Therefore, in this project, adopting a combination of molecular simulation and experimental methods, a systematical investigation is conducted step-by-step on screening of IL and two-dimensional material, screening of 2D-SILM and its CO2 separation mechanism, design and optimization of 2D-SILM structure, and experimental investigation on CO2 separation performance of 2D-SILM. A comprehensive theoretical evaluation criteria for CO2 solubility of ionic liquid, stability of 2D-SILM, CO2 separation performance of 2D-SILM, is expected to be built. Simulating typical industrial environment for gas separation, 2D-SILM with high efficiency CO2 separation performance is screened out. The project provides new insight and method to design 2D-SILMs for objective performance and application,and the ideas will be expanded to design of 2D-SILM for industrial gas separation, such as SO2, H2S, etc.
二维材料支撑离子液体膜(2D-SILM)极具工业应用前景,如何从众多离子液体和二维材料中筛选和设计高效分离CO2的2D-SILM是亟待解决的关键问题。本项目提出建立“离子液体CO2溶解性—2D-SILM稳定性—2D-SILM分离性能”的评价标准,从“离子液体和二维材料筛选、2D-SILM筛选和分离机制解析、2D-SILM优化设计”优选出高效分离CO2的2D-SILM工作思路。通过研究,主要结果如下:(1)CO2分离用离子液体和二维材料筛选:①筛选三类常用的对CO2具有较强吸附能力的阴离子BF4、PF6、Tf2N作为考察对象;阳离子则选择最为广泛应用的BMIM。②二维材料选择:选用与离子液体具有强毛细虹吸效应表面带电的WS2、MoS2和GO,提高2D-SILM稳定性。(2)2D-SILM筛选及CO2分离机制:考察离子液体类型对分离性能影响,筛选出[BMIM][BF4];固定离子液体,依据分离性能从WS2、MoS2和GO中优选出GO-SILM组合;从气体溶解度、渗透速率以及组分间相互作用、层间微观结构等,揭示气体跨膜输运的驱动力和阻力,从溶解选择性和扩散选择性剖析了2D-SILM高效分离CO2的物理本质。(3)2D-SILM结构设计及优选:考察了二维膜层间距及层间离子液体浓度对气体分离性能的影响规律,揭示其响应的物理机制。通过引入磁性离子液体实现层间离子液体在磁场下的有序排列,添加对CO2有强亲和能力的Zn(OH)2,以形成定向传输通道,引入具有多孔结构的无机纳米颗粒MOP-18以降低气体扩散阻力,提升了CO2的渗透率和选择性;引入电磁场,弱化离子液体中阴阳离子的相互作用,增加了CO2吸附选择性,优化了气体传输通道,极大提高了CO2的渗透率和选择性。面向工业应用,引入具有光热响应的二茂铁基MOF(Zr-Fc MOF)纳米片作为多孔载体,考察了温度和湿度对气体分离性能的影响,发现高温可以降低粘度而加快气体传输,但也同时加速非目标气体的传输而降低了选择性;水分子改善了离子液体流动性,增强CO2传输,过量的水分子弱化分离性能。(4)扩展工作:将深共晶剂、二维多孔材料和新兴的Mxene等引入2D-SILM,从成本和提高分离性能角度拓展了项目工作。该项目研究成果为2D-SILM定向设计提供了新的思路和方法,有望为其他分离膜的设计提供启发。
基于饱和度调控生长规律的氧化物纳米结构构筑及发光特性研究
  • 批准号:
    51302321
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    燕友果
  • 依托单位:
国内基金
海外基金