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面向分子/离子选择性分离的仿生固态一维纳米通道

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科学通报 2023年第30期68卷 3979-3997页

作者：张昀卢青青杨雁冰袁荃武汉大学化学与分子科学学院生物医用高分子材料教育部重点实验室武汉430072

生物通道蛋白的重要功能是高速率地传输特定的分子或离子,在维持细胞渗透压和细胞功能等方面扮演了重要角色.例如,水通道蛋白(aquaporins,AQPs)能够促进水分子穿透细胞膜,同时排除质子,在维持细胞水平衡和细胞膜的电化学势中具有重要作... 详细信息

生物通道蛋白的重要功能是高速率地传输特定的分子或离子,在维持细胞渗透压和细胞功能等方面扮演了重要角色.例如,水通道蛋白(aquaporins,AQPs)能够促进水分子穿透细胞膜,同时排除质子,在维持细胞水平衡和细胞膜的电化学势中具有重要作用.受生物通道蛋白的启发,研究人员开发了各种具有分子/离子选择性传输能力的人工纳米通道,探究了分子/离子在通道内部的选择性传输机制,并探索了通道在过滤、生物传感和能量转换领域中的应用.本文主要总结了仿生固态一维纳米通道的分子/离子选择性传输机制.对固态一维纳米通道的制备方法和调控手段进行了深入总结,探讨了固态一维纳米通道在分子/离子选择性分离领域的应用,重点关注它们在气体分离和海水淡化领域的应用进展.最后,总结了固态一维纳米通道在选择性分离领域面临的挑战以及未来的发展机遇.本文对于固态纳米通道的设计及其选择性分离应用领域具有一定的指导意义.

关键词：仿生固态一维纳米通道分子/离子分离气体分离海水淡化

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聚酰亚胺薄膜在氢气分离中的研究进展

化工进展 2023年第10期42卷 5232-5248页

作者：蔡铭威王知卢小闯庄俊伟吴嘉豪张诗洋闵永刚广东工业大学材料与能源学院广东广州510006 慧迈材料科技(广东)有限公司广东佛山528000 广州大学土木工程学院广东广州510006

氢气是重要的工业原料和清洁燃料,极具经济和社会价值。氢气在利用前需进行分离提纯。由于膜分离技术具有高能效、简单和可连续操作等优点被广泛用于氢气分离。聚酰亚胺膜具有优良的气体选择性、机械性能、热稳定性、耐化学稳定性、耐... 详细信息

氢气是重要的工业原料和清洁燃料,极具经济和社会价值。氢气在利用前需进行分离提纯。由于膜分离技术具有高能效、简单和可连续操作等优点被广泛用于氢气分离。聚酰亚胺膜具有优良的气体选择性、机械性能、热稳定性、耐化学稳定性、耐水解和耐腐蚀等优点成为最具有潜力的膜材料之一。然而,传统聚酰亚胺膜存在自由体积小、气体渗透性和抗塑性差等缺点无法用于大规模H_(2)分离。因此,需要对传统聚酰亚胺进行改性以更好地分离氢气。本文综述了近年来聚酰亚胺薄膜在氢气分离的研究现状,总结了目前聚酰亚胺气体分离膜存在的关键问题,并从无机粒子共混、MOFs共混、聚合物共混、交联和超支化改性及单体结构改性六个方面,详细介绍了聚酰亚胺气体分离膜的改性研究成果,并展望了聚酰亚胺气体分离膜的发展趋势,为未来高效分离膜的研发提供参考。

关键词：聚酰亚胺气体分离氢聚合物渗透率选择性

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含叔丁基聚酰亚胺均质膜的气体分离性能

高等学校化学学报 2022年第11期43卷 232-240页

作者：王寿柏吴修明束辰钟敏黄卫颜德岳南通大学杏林学院南通226019 南通大学化学化工学院南通226019 上海交通大学化学化工学院上海200240

采用高温“一步法”缩聚合成了一系列含叔丁基的可溶性芳香聚酰亚胺树脂,然后通过溶液浇注法制得相应均质薄膜,并对其气体分离性能进行了测试,同时研究了二酐结构和温度对聚酰亚胺均质膜气体分离性能的影响.结果表明,对于H_(2),N_(2),O_... 详细信息

采用高温“一步法”缩聚合成了一系列含叔丁基的可溶性芳香聚酰亚胺树脂,然后通过溶液浇注法制得相应均质薄膜,并对其气体分离性能进行了测试,同时研究了二酐结构和温度对聚酰亚胺均质膜气体分离性能的影响.结果表明,对于H_(2),N_(2),O_(2),CO_(2)和CH_(4)等5种气体,含叔丁基聚酰亚胺均质膜不仅表现出良好的透气性,而且具有较高的气体透过选择性,4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐(6FDA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)两类聚酰亚胺均质膜的气体分离性能最佳.除CO_(2)外,这两类聚酰亚胺均质膜的气体渗透系数随温度升高而升高,而所有测试气体在这两种均质膜中的扩散系数和溶解度系数均随温度升高而增大.

关键词：聚酰亚胺均质膜气体分离叔丁基

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二维材料气体分离膜及其应用研究进展

科学通报 2023年第1期68卷 53-71页

作者：孙成珍罗东白博峰西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室西安710049

二维材料气体分离膜由于其独特的分子输运特性,在渗透率、选择性方面表现出优于传统薄膜的优势,具有巨大的发展潜力.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中存在的亚纳米尺度空间为分子输运提供了特殊的... 详细信息

二维材料气体分离膜由于其独特的分子输运特性,在渗透率、选择性方面表现出优于传统薄膜的优势,具有巨大的发展潜力.石墨烯类、二维金属有机骨架、二维过渡金属碳化物/碳氮化物等二维材料中存在的亚纳米尺度空间为分子输运提供了特殊的通道,包括纳米孔和纳米通道,它们是高渗透性和高选择性分子筛选的根本原因.然而,二维材料薄膜在复杂工业环境中的不稳定性、难以进行大面积制备等使其实际应用受到了很大的局限,目前二维材料膜尚未大规模应用于工业生产中.本文选择性地对当前研究的热点二维材料气体分离膜研究现状进行总结,同时对其在CO_(2)捕获和分离、H_(2)分离和提纯、天然气提氦等领域的具体应用进行阐述,并且探讨了二维材料气体分离膜当前所面临的挑战与未来发展前景.

关键词：膜分离二维材料膜纳米孔纳米通道气体分离

ZIF-67@PDA/含氟聚酰亚胺混合基质膜的制备及其气体分离性能

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复合材料学报 2023年第2期40卷 950-958页

作者：李金岭赖石清刘婵娟吴伟莲倪靖黄孝华周立桂林理工大学材料科学与工程学院广西有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室桂林541004

金属有机框架材料(MOF)/聚合物混合基质膜(MMMs)通过结合MOF的分子筛效应和聚合物基质成本较低、加工性能好、机械强度高的特征,使其在气体分离领域展现出巨大的应用前景。然而由于MOF在聚合物基体中存在分散性差问题,极大地限制了其应... 详细信息

金属有机框架材料(MOF)/聚合物混合基质膜(MMMs)通过结合MOF的分子筛效应和聚合物基质成本较低、加工性能好、机械强度高的特征,使其在气体分离领域展现出巨大的应用前景。然而由于MOF在聚合物基体中存在分散性差问题,极大地限制了其应用。采用溶剂热法合成金属框架材料ZIF-67,并通过溶液氧化法在ZIF-67表面修饰聚多巴胺(PDA)层制备ZIF-67@PDA纳米多孔材料。以4,4’-二氨基二苯醚-2,2’-双(3,4-二羧酸)六氟丙烷二酐(ODA-6 FDA)型含氟聚酰亚胺(FPI)为基体、ZIF-67和ZIF-67@PDA为填料,制备不同质量分数的ZIF-67/FPI和ZIF-67@PDA/FPI。通过FTIR、WAXD、TGA、SEM、比表面和孔径分布分析仪、气体渗透仪等测试对MMMs的结构和性能进行表征并测试了N_(2)、O_(2)、CO_(2)、He 4种气体的渗透性。结果表明:经聚多巴胺修饰后的纳米微孔材料ZIF-67在聚合物基体中能均匀分散并为气体分子的通过提供快速通道,且表现出良好的热稳定性。ZIF-67@PDA对CO_(2)具有良好的亲和性,这有利于提高CO_(2)/N_(2)选择性。当ZIF-67@PDA负载量为10wt%时,MMMs的CO_(2)渗透性和CO_(2)/N_(2)选择性协同增加,和纯FPI膜相比分别增加了131%、50%,MMMs表现出良好的气体分离性能。

关键词： ZIF-67 聚多巴胺含氟聚酰亚胺气体分离混合基质膜

ZIF-8纳米流体天然气乙烷回收工艺的产品纯度关键影响因素分析

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化工学报 2023年第8期74卷 3386-3393页

作者：张瑞航曹潘杨锋李昆肖朋邓春刘蓓孙长宇陈光进中国石油大学(北京)化学工程与环境学院重质油国家重点实验室北京102249 中国石油天然气股份有限公司长庆油田分公司陕西西安710075

天然气乙烷回收可为乙烷裂解制乙烯提供优质的原料。多孔纳米流体吸收-吸附耦合分离是一种新兴的气体分离技术,基于ZIF-8/水-乙二醇纳米流体,利用传统的吸收-解吸流程,可高效低耗地回收天然气中的乙烷。利用平衡级法对多孔纳米流体天然... 详细信息

天然气乙烷回收可为乙烷裂解制乙烯提供优质的原料。多孔纳米流体吸收-吸附耦合分离是一种新兴的气体分离技术,基于ZIF-8/水-乙二醇纳米流体,利用传统的吸收-解吸流程,可高效低耗地回收天然气中的乙烷。利用平衡级法对多孔纳米流体天然气乙烷回收工艺建模,提高乙烷产品纯度是流程模拟的一个重要目标,而模拟结果表明吸收-吸附塔理论板数和闪蒸压力是影响乙烷产品纯度的关键因素。随着吸收-吸附塔理论板数增加,乙烷产品纯度先明显升高,后趋于稳定。通过绘制y-x图可知,乙烷产品纯度难以持续升高的原因是操作线趋近了相平衡线。随着闪蒸压力降低,乙烷产品纯度升高,其原理为闪蒸压力影响了吸收-吸附塔的闪蒸再沸比,而闪蒸再沸比与乙烷产品纯度呈正相关。

关键词：天然气轻烃回收吸收吸附气体分离流程模拟

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纳米流体用于二氧化碳吸收分离研究进展

化工进展 2023年第7期42卷 3802-3815页

作者：娄宝辉吴贤豪张驰陈臻冯向东浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027 浙能技术研究院有限公司浙江杭州311121 浙江省火力发电高效节能与污染物控制技术研究重点实验室浙江杭州311121

二氧化碳是全球气候变暖的主要诱因,随着我国“碳达峰、碳中和”战略的提出,二氧化碳的捕集、储存、利用技术快速发展。纳米流体是以由纳米颗粒以预先指定的比例分散在无机或有机液相中产生的具有稳定均匀性的胶体分散系统,兼有纳米材... 详细信息

二氧化碳是全球气候变暖的主要诱因,随着我国“碳达峰、碳中和”战略的提出,二氧化碳的捕集、储存、利用技术快速发展。纳米流体是以由纳米颗粒以预先指定的比例分散在无机或有机液相中产生的具有稳定均匀性的胶体分散系统,兼有纳米材料和液体的特性。纳米颗粒由于对传热和传质过程有着明显的强化作用,因此对二氧化碳的化学吸收具有较大的潜在工业应用价值。本文基于纳米流体的概念,从基液选择、稳定性以及传质增强机制机理阐述了纳米流体在二氧化碳吸收领域的应用;进一步综述了目前纳米流体用于二氧化碳吸收分离的研究进展,分析了基液组成、二氧化碳分压、物化特性等对二氧化碳吸收性能的影响及机理研究;最后展望了纳米流体在二氧化碳吸收分离领域的未来发展趋势。

关键词：纳米流体二氧化碳气体分离

静电纺聚合物复合金属有机框架功能纳米纤维膜的研究进展

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纺织学报 2023年第6期44卷 215-224页

作者：贾姣郑作保吴昊徐乐刘熙董凤春贾永堂五邑大学纺织材料与工程学院广东江门529020

为促进金属有机框架材料在静电纺丝领域的应用,分析了静电纺功能性纳米纤维膜的应用背景和金属有机框架的特点,介绍了金属有机框架与静电纺丝膜结合的可行性,并综述了聚合物复合金属有机框架功能纳米纤维膜的制备方法、发展进程和最新... 详细信息

为促进金属有机框架材料在静电纺丝领域的应用,分析了静电纺功能性纳米纤维膜的应用背景和金属有机框架的特点,介绍了金属有机框架与静电纺丝膜结合的可行性,并综述了聚合物复合金属有机框架功能纳米纤维膜的制备方法、发展进程和最新研究进展。对静电纺聚合物复合金属有机框架功能纳米纤维膜在水环境处理、锂电池隔膜、药物输送、气体分离等应用领域进行分类和讨论。概述了近年来聚合物复合金属有机框架功能纳米纤维膜的发展潜力和面临的问题。最后提出:金属有机框架与静电纺丝膜结合是一种可行的技术,对金属有机框架进行功能改性、设计温和的合成方法、增加其使用耐久性、安全性等将是未来的发展方向。

关键词：静电纺丝金属有机框架功能纳米纤维膜水处理膜材料锂电池隔膜材料药物输送气体分离

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金属有机层:制备与应用

Science China Materials 2023年第3期66卷 839-858页

作者：王慧锋张超董宝霞钟地长鲁统部 Institute for New Energy Materials&Low-Carbon Technologies School of Materials Science and EngineeringTianjin University of TechnologyTianjin 300384China College of Chemistry and Chemical Engineering Yangzhou UniversityYangzhou 225002China

金属有机层(MOLs)以其独特的特性在材料科学中引起了广泛的关注.近十年来,MOLs在合成和应用方面发展迅速.本文综述了MOLs的最新研究进展.首先,我们介绍了MOLs的两种制备方法,即自上而下和自下而上的方法.然后,我们讨论了MOLs在气体分离... 详细信息

金属有机层(MOLs)以其独特的特性在材料科学中引起了广泛的关注.近十年来,MOLs在合成和应用方面发展迅速.本文综述了MOLs的最新研究进展.首先,我们介绍了MOLs的两种制备方法,即自上而下和自下而上的方法.然后,我们讨论了MOLs在气体分离、催化、能源催化和转化以及化学传感器等方面的应用,重点揭示了MOLs的性能-形貌/结构关系.最后,我们展望了MOLs在未来发展的机遇和挑战.

关键词：化学传感器气体分离材料科学最新研究进展自上而下自下而上金属有机 MOL