晶种工程:高性能分子筛气体分离膜的制备

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21776031
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Membrane-based separation process has been considered as an emerging technology for chemical industry due to its low energy consumption, high efficiency and easy operation. In particular, zeolites and metal organic frameworks (MOFs) as representative of molecular sieve membranes, have shown a promising perspective of industry application, owing to their high flexibility in adjusting pore apertures and chemical compositions. In order to maximize both selectivity and permeability of molecular sieve membranes, herein we put forward a new concept called “seed project”. Inspired from finger-like hollow fibers possessing lower diffusion resistance due to the higher porosity, herein we propose that high performance molecular sieve membranes can be constructed from hollow molecular sieves. In comparison with solid molecular sieves, the diffusion barrier for hollow molecular sieve is expected to be substantially reduced, making them ideal candidates as seeds for growing molecular sieve membranes with high permeability. On the other hand, it has been demonstrated that under normal conditions highly oriented molecular sieve membranes exhibit higher selectivity than randomly oriented ones, which can be attributed to an effective reduction of non-selective intercrystalline diffusion of molecules through the grain boundary. In this project we plan to prepare well-intergrown, highly oriented, hollow and ultra-thin MFI zeolite membranes and MIL-125-NH2 MOF membranes, respectively. It is anticipated that the overall gas separation performance can thus be significantly enhanced through microstructural optimization.
膜分离作为近年来新兴的化工分离技术,具有能耗低、分离效率高及操作简便等特点。特别是以沸石及金属有机化合物为代表的分子筛膜由于其优良的结构与化学可调控性而具有广阔的工业应用前景。为最大限度提升分子筛膜的分离选择性与渗透通量,受指状孔结构的中空纤维膜由于较高的孔隙率而拥有更低扩散阻力的启发,我们创造性地提出“晶种工程”这一概念,尝试采用具有空心内部结构的分子筛晶体作为结构基元构筑高性能分子筛膜。相较于实心分子筛晶体,具有空心内部结构的分子筛晶体的扩散阻力仅源于其壳层部分。若将其作为晶种,将有望显著提升膜材料的渗透通量。与此同时,保持分子筛晶粒择优取向生长则有助于减少位于晶间界处的非分子筛孔道缺陷,从而提高其分离选择性。本项目中,我们拟以MFI型沸石及MIL-125-NH2型金属有机骨架化合物为研究模型,制备连生度高、高度取向且具有中空内部结构的超薄分子筛膜,以期实现气体分离性能上的显著提升。

结项摘要

申请人在项目执行期内,成功制备了高度b-轴取向超薄MFI沸石膜、优先(h0h)-轴取向等级结构MFI沸石膜、高度c-轴取向超薄NH2-MIL-125型MOF膜、高度(111)-轴取向UiO-66(包括UiO-66和NH2-UiO-66)型MOF膜、高度(110)-轴取向ZIF-7型MOF膜、高度取向2D MOF(包括ZrPP和Cu-TCPP)膜。上述制得的分子筛膜分别拥有优异的n-/i-C4H10、H2/CO2、CO2/N2、CO2/CH4、H2/N2和H2/CH4分离性能;其分离性能不仅整体超越相对应气体混合物2008年Robesen分离性能上限,而且绝大部分都位居同类型分子筛膜分离性能最高值。与原有项目计划书相比,相应变动之处主要为以下方面:1)对于MFI沸石膜,分离体系从p-/o-xylene混合物变更为n-/i-butane;2)对于NH2-MIL-125型MOF膜,从制备中空结构c-轴取向膜结构转变为超薄c-轴取向膜微结构;3)在项目资金支持下,额外成功制备了高度(111)-轴取向UiO-66型MOF膜、 (111)-取向NH2-UiO-66型MOF膜、(110)-取向ZIF-7型MOF膜、(00l)-取向2D ZrPP膜和c-轴取向2D Cu-TCPP膜;4)在项目资金支持下,额外尝试采用超临界流体(SCF)辅助法制备高性能ZIF-8和ZIF-67膜分别用于C3H6/C3H8和H2/CO2高效分离。上述研究成果具有以下重要科学意义:1)深化了对分子筛膜构效关系的认知,特别是进一步确认了膜材料优先取向和等级结构对分离性能的重要影响;2) 发展了有机碱刻蚀工艺制备超薄沸石纳米片的新方法,对纳米片形貌演化历程进行了深入分析,这对于简便高效制备多种类型分子筛纳米片具有借鉴意义;3) 将等级结构的理念引入多晶分子筛膜微结构,为进一步提升膜材料分离性能提供了新思路;4) 将单模微波辅助加热法引入分子筛膜制备过程,系统研究了单模微波辐射对分子筛(膜)成核和生长的影响,初步揭示了单模微波辐射和分子筛间的作用机制,为温和反应条件下简便快速制备高性能分子筛膜开辟了新途径;5)成功以SCF作为反应介质制备高性能MOF膜,同时对SCF反应介质中MOF膜成核和生长动力学有了初步认知。由于该方法所固有的绿色可持续性,对于批量制备高性能MOF膜有很好的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Concurrent Manipulation of Out-of-Plane and Regional In-Plane Orientations of NH2-UiO-66 Membranes with Significantly Reduced Anisotropic Grain Boundary and Superior H-2/CO2 Separation Performance
同时操纵 NH2-UiO-66 膜的面外和区域面内方向,显着减少各向异性晶界并具有优异的 H-2/CO2 分离性能
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b18804
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Yanwei Sun;Chunshan Song;Xinwen Guo;Yi Liu
  • 通讯作者:
    Yi Liu
Two-Dimensional Transition Metal Dichalcogenides as Metal Sources of Metal-Organic Frameworks
二维过渡金属二硫属化物作为金属有机骨架的金属源
  • DOI:
    10.1039/c8cc01258j
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Chemical Communications
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Yanwei Sun;Shen Hu;Chunshan Song;Shu Miao;Zhou Jiang;Xue Jiang;Jijun Zhao;Xinwen Guo;Yi Liu
  • 通讯作者:
    Yi Liu
Uniform hierarchical MFI nanosheets prepared via anisotropic etching for solution-based sub–100-nm-thick oriented MFI layer fabrication
通过各向异性蚀刻制备均匀的分层 MFI 纳米片,用于基于溶液的亚 100 nm 厚的定向 MFI 层制造
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aay5993
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Science Advances
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Yi Liu;Weili Qiang;Taotao Ji;Mu Zhang;Mingrun Li;Jinming Lu;Yi Liu
  • 通讯作者:
    Yi Liu
In‐Plane Epitaxial Growth of Highly c‐Oriented NH2‐MIL‐125(Ti) Membranes with Superior H2/CO2 Selectivity
具有优异 H2/CO2 选择性的高度 c 取向 NH2-MIL-125(Ti) 膜的平面内外延生长
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Angewandte Chemie-International Edition
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Yanwei Sun;Yi Liu;Juergen Caro;Xinwen Guo;Chunshan Song;Yi Liu
  • 通讯作者:
    Yi Liu
Facile In Situ Hydrothermal Synthesis of Layered Zirconium Phenylphosphonate Molecular Sieve Membranes with Optimized Microstructure and Superb H-2/CO2 Selectivity
轻松原位水热合成具有优化微观结构和优异 H-2/CO2 选择性的层状苯基膦酸锆分子筛膜
  • DOI:
    10.1021/acsami.0c02789
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Taotao Ji;Yanwei Sun;Yi Liu;Mingrun Li;Fei Wang;Liangliang Liu;Gaohong He;Yi Liu
  • 通讯作者:
    Yi Liu

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其他文献

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  • 发表时间:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    刘毅

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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