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气体吸附、分离与催化转化
2017-06-13 09:52  

采用纳米多孔材料对混合气进行基于选择性吸附和分离可以实现高效率、可再生、高选择性分离,避免了传统基于化学吸附造成的设备腐蚀、再生高耗能、吸收剂挥发等问题。

针对温室气体捕获、分离及存储领域对绿色吸附分离材料及技术的需求,通过有针对性的设计调控,采用杂原子掺杂、孔道表面修饰、孔结构及尺寸精确控制等手段,成功制备了系列新型纳米孔碳材料(图1)、多孔有机聚合物材料(图2)及有序介孔材料。此外,还总结了获得高性能吸附分离材料的设计理念及评价标准。

1具有三连续结构的氮掺杂碳多孔吸附剂的结构及组成信息

如针对烟道气中CO2含量低、湿度大、分离困难的实际问题,设计制备了一类全氟带多孔有机聚合物材料(FCTF-1)。氟原子的引入导致孔道窄化至超微孔(小于0.7 nm)范围、骨架极性增加、孔道表面疏水等三方面影响。FCTF-1即使在湿烟道气情况下也可保持80%以上的吸附分离能力,因此FCTF-1具有潜在用于烟道气分离的可能。课题组自主设计搭建了一套高精度的动态吸附分离装置,可测试各类纳米孔材料对真实混合气的实际分离效果。已成功实现了对烟道气(CO2/N2)、沼气(CH4/CO2)、煤层气(CH4/N2)及乙烯原料气(C2H4/C2H2)等混合气的绿色分离。

                                               

2全氟代有机多孔吸附剂的结构及其干湿烟道气分离研究

针对温室气体尤其CO2的影响日益突出的问题,课题组还开展了基于纳米多孔材料的CO2电催化转化研究。目前已经开展了金、银、铜及其合金等纳米多孔金属材料的CO2电催化转化研究。基于以上研究,课题组在本方向实现完美的碳循环(图3)。

                                     

3本方向研究示意图

代表性论文:

Energy Environ. Sci.2013, 6, 3684;

Angew. Chem. Int. Ed.2015, 54, 574;

Nat. Commun., 2015, 6, 7328;

Chem. Mater.2012, 24, 4725;Carbon2015, 92, 297.

 

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