基于新型多孔氢键-有机框架材料的乙烯/乙烷反转分离性能研究
批准号:
52073251
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
李斌
依托单位:
学科分类:
其他有机高分子功能材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李斌
中文摘要
乙烯/乙烷分离是工业上非常重要的分离过程,常用的低温精馏技术存在耗能高和成本高的缺陷,开发优先吸附乙烷的高性能乙烷类吸附分离材料有望解决这一难题。然而现有的这类材料数量极少,且存在分离选择性低和选择性/乙烷吸附量难以兼具(trade-off效应)的挑战性难题。本项目拟利用拓扑学规律和晶体工程策略,从原子分子尺度精确设计和调控一类新型多孔羧酸类氢键-有机框架材料(HOFs)并建立永久孔道;创新性地利用HOF材料天然的非极性孔道的结构优势,实现乙烯/乙烷的反转分离,解决构筑乙烷类分离材料难的问题;系统调控HOF材料的骨架结构、孔道大小、功能基团和结构贯穿等,提高材料对乙烯/乙烷反转分离的分离选择性和乙烷吸附量,以期实现高分离选择性的同时具有乙烷的高吸附量,克服trade-off效应;阐明乙烯/乙烷气体的吸附位点和分离机理,系统开发一类新型乙烷类分离材料。
英文摘要
Ethylene/ethane separation is of prime importance in the production of polymer-grade ethylene for industrial manufacturing. Traditional cryogenic distillation methods represent one of the most energy- and cost-intensive separation processes in the chemical industry. Development of new ethane-selective adsorbent materials with excellent separation performance has been considered to be capable of remarkably reducing the energy costs. However, construction of ethane-selective adsorbents is very challenging and only very few materials have been reported with low ethane/ethylene selectivity and the trade-off between selectivity and ethane uptake capacity. This project aims to develop a new type of ethane-selective adsorbents in order to improve the selectivity and uptake capacity simultaneously for inverse ethylene/ethane separation. Under the guidance of topology diagram that has been well realized in MOFs and COFs, we will precisely design and synthesize a series of new porous carboxylic hydrogen-bonded organic frameworks (HOFs) at the molecular level, wherein the networks and pores can be finely engineered by changing the knots and linker units of carboxylic building blocks. The natural nonpolar/inert pore surfaces within HOFs easily lead to the desired ethane-selective adsorbents. Through the crystal engineering or reticular chemistry strategy, we will systematically modulate the pore size, functionality and interpenetration in HOFs to optimize the selectivity and ethane adsorption simultaneously, thus overcoming the trade-off effect. The adsorption sites of ethylene and ethane molecules in these materials will be determined to elucidate the separation mechanism clearly.
本项目主要面向高难度乙烯/乙烷反转分离应用,系统地研究了新型羧酸类HOF材料的结构设计、可控构筑、乙烯/乙烷反转分离性能与分离机制。阐明了羧酸单体构建HOF材料的基本规律,发展了引入大π共轭体系、控制互穿层数、构建超分子纠缠和提高氢键密度等材料设计方法,克服了氢键连接的脆弱性和方向性差等难题,创制了系列新型HOF材料,不仅构建了永久孔隙和高比表面积,还实现了这类材料的可控设计、精确调控和功能化。基于此,系统提出了引入超临界活化、独特孔限域效应、炔基功能化、氟功能化、氨基功能化以及氮/氧功能化等HOF材料设计新策略,创制了系列新型多孔框架材料,增强了材料对乙烷、乙炔等杂质气体分子的作用力和识别能力,提高了乙烷/乙烯、乙炔/乙烯二组分和乙炔/乙烷/乙烯三组分气体的分离性能;利用载气单晶结构阐明了乙烯/乙烷等反转分离的微观机理,取得了分离性能的突破并解决了吸附量−选择性难以兼具的反转分离性能不足、C2多组分分离难、高湿环境性能衰减和分离机理不清晰等一系列难题。此外,首次提出了构建刚性−柔性框架结构、双壁结构模型等新策略,所创制HOF材料实现了高的甲烷吸附分离、高氢气存储性能和CO2/CO分离性能等应用,大大拓展了HOF材料的新分离应用。这些研究工作为低碳烃分离应用,尤其是重要的烯烃/烷烃反转分离和多组分分离等应用,开发了一类全新的有机高分子类多孔分离材料体系,并提供了理论基础和分离机理,有望促进吸附分离的学科发展和产业升级。
抗稻麦病原真菌环二肽合成的四碳二羧酸调
控机制研究
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批准号:Z24C140015
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2024
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负责人:李斌
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依托单位:
非宿主噬菌体在宿主噬菌体裂解水稻白叶枯病菌中的帮助角色及其自我牺牲机制研究
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批准号:32372614
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:李斌
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依托单位:
多孔氢键有机框架材料的可控构筑及低碳烃分离机制研究
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批准号:LR22E030003
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2021
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负责人:李斌
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依托单位:
基于新型多孔氢键-有机框架材料的乙烯/乙烷反转分离性能研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:59万元
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批准年份:2020
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负责人:李斌
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依托单位:
噬菌体克服水稻细菌性褐条病菌CRISPR/Cas免疫的anti-CRISPR机制研究
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批准号:32072472
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:李斌
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依托单位:
新型阴离子框架多孔材料的构筑和烯烃纯化性能的研究
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批准号:51803179
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李斌
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依托单位:
水稻白叶枯病菌前噬菌体高效诱导释放的机制研究
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批准号:LZ19C140002
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李斌
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依托单位:
噬菌体新穿孔素-内溶素双组分系统的鉴定及其裂解水稻细菌性褐条病菌的机制研究
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批准号:31872017
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项目类别:面上项目
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资助金额:59.0万元
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批准年份:2018
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负责人:李斌
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依托单位:
水稻细菌性褐条病菌致病相关non-coding RNAs的鉴定、功能及调控机制研究
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批准号:31571971
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项目类别:面上项目
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资助金额:60.0万元
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批准年份:2015
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负责人:李斌
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依托单位:
水稻细菌性褐条病菌VI型分泌系统的组成、互作和功能研究
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批准号:31371904
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项目类别:面上项目
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资助金额:78.0万元
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批准年份:2013
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负责人:李斌
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依托单位:
林业有害生物一品红细菌性叶斑病菌的生物学特性与遗传变异规律研究
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批准号:30600475
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:8.0万元
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批准年份:2006
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负责人:李斌
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依托单位:
国内基金
海外基金