[00327261]金属—有机骨架材料的吸附与膜分离技术开发

最近,多孔材料如沸石和金属-有机骨架(Metal-Organic Framework, MOF)材料在化学工程和材料科学领域取得了重要发展。特别地,MOF 材料具有独特的属性(孔尺寸可控性、结构可设计性及化学功能化),使其在吸附分离、膜分离、催化和生物医药等方面受到了广泛的关注。另外,作为实验研究的补充,分子模拟在揭示 MOF 材料的微观机理、建立材料结构-性能(构效)关系以及材料设计等方面表现出了极大的优势。

该学院课题组利用实验与分子模拟相结合的方法,对 MOF 材料在水相中有机芳香分子吸附分离及气相吸附/膜分离中的应用进行了研究,主要工作如下：

1、以水稳定的 MIL-68(Al)材料为例,实验测定了水溶液中苯胺吸附等温线并验证了计算模型。进一步,系统地研究了水相中苯胺在 32 种 MOF 材料中的吸附行为,并分析了 MOF材料吸附苯胺的构效关系。

2、由于苯胺、苯酚具有相近的分子尺寸和沸点,有效分离苯胺／苯酚体系存在技术挑战。本工作结合实验与分子模拟方法,研究了废水中苯胺／苯酚在柔性 MIL-53(Al)材料中吸附分离行为。

3、以变压吸附工艺为例,采用分子模拟方法,研究了湿度条件下 112种不同类型 MOF 材料用于天然气净化的构效关系。

4、采用了一种便宜且生物可兼容的 MOF材料,MIL-88B(Fe),与 Matrimid(?)5218 聚合物掺杂制备了 MIL-88B(Fe)/Matrimid 混合基质膜用于能源气体(H2/CH4)净化

5、MOF 膜后改性是提高其气体分离性能的一种有效策略。

然而,目前报道的改性方法需要 MOF 材料具备能参与反应的功能团,因而限制了这种方法的应用。为此,本工作提出了一种简单的膜改性方法用于C02 捕集。仿生的聚多巴胺几乎对任何材料都具有很强的黏附性。并且聚多巴胺含有大量的氨基和羟基,能对 CO2 形成强的吸附作用位点。