借助于聚合物聚集态结构的调控制备高性能气体分离炭膜

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878033
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0804.分离工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Membrane material is the core of membrane separation technology. The research of novel membrane materials with high-performance will play an important role in solving the problems of water resources, energy and environment, which human beings are facing. The core of this project is to select or synthesize some thermoplastic polymers with high free volume by designing the structure design for preparing carbon membranes with high gas separation performance. The evolution of polymer aggregation structure during heat treatment process will be studied. The effects of parameters of heat treatment process on the structure and aggregates state will be studied. The influences of the change in aggregation structure on pore structure, carbon structure and gas separation performance of prepared carbon membrane and its structure-activity relationship will be also analyzed. The evolution of chemical structure and spatial configuration of heat treatment membrane during pyrolysis process will be studied. The formation mechanism of pore structure and carbon structure and internal relationship between structure and performance of carbon membrane will be explored. Effect of aggregation structure change on the permeation and diffusion of gas molecules through the heat treated membrane and carbon membrane pore will be investigated. By designing and optimizing the process and parameters of heat treatment, the aggregation structure of thermoplastic polymers will be accurately regulated; and the ultra-micro porous structure of carbon membrane with high gas permeation will be constructed. As a result, the carbon membrane with high gas permeability and high gas selectivity will be prepared. The implementation of this project will form a novel and rational method and technology for the preparation of thermoplastic polymers based carbon membranes with high performance. And the industrialization and application process of carbon membrane will be promoted.
膜材料是膜分离技术核心,研究新型高性能膜材料对解决人类所面临的水资源、能源、环境问题具有极其重要的推动作用。本课题的核心是从结构设计出发,选择或合成一些具有高自由体积的热塑性聚合物制备高性能气体分离炭膜。研究在热处理过程中聚合物聚集态结构的演变及规律;热处理工艺对聚集态结构及状态的影响;聚集态结构的改变对所制备炭膜孔结构,炭结构及气体分离性能的影响及构效关系。研究热处理膜在热解过程中化学结构与空间构型的演变及规律;孔结构、炭结构形成机理及与炭膜气体分离性能的内在联系与构效关系。研究聚集态结构的改变对气体在热处理膜、炭膜极微孔道中渗透扩散的影响。通过对热处理工艺及参数的优化设计,精细调控热塑性聚合物的聚集态结构,构建具有高渗透性炭膜极微孔道结构,制备出具有高渗透性、高分离选择性的气体分离炭膜。本课题的实施将形成由热塑性聚合物制备高性能炭膜的新方法和技术,推动炭膜产业化与应用进程。

结项摘要

本课题从结构设计出发,选择或合成了具有高自由体积的多种热塑性聚芳醚酮和聚酰亚胺,并以此作为前驱体制备炭分子筛膜(炭膜),研究了在热处理过程中聚集态结构的演变过程及规律;热处理工艺参数对聚集态结构及状态的影响规律;聚集态结构的改变对所制备炭膜的孔结构,炭结构及其气体分离性能的影响规律及构效关系。在此基础上,结合反应分子动力学模拟研究了炭膜前驱体聚合物在热解过程中化学结构和微结构的变化和规律,揭示了炭膜的结构形成机制,炭膜形成过程与气体分离性能的关系。进一步研究了不同聚合物前驱体结构特性对于所制备炭膜结构和性能的影响,通过优化前驱体结构构筑了具有高渗透性的炭膜孔道体系,并且优化了制膜工艺,实现对炭膜孔道尺度的调控,使炭膜展现出优异的气体渗透分离性能。基于膜材料结构化学特性,构建了炭膜的三维原子模型,实现了对炭膜孔道结构的微观成像,对不同气体在炭膜孔道中的吸附扩散过程进行了分子模拟研究,揭示了气体分子在炭膜孔道中的吸附、扩散性能。最终通过对热处理工艺及参数的优化设计,精细调控了热塑性聚合物的聚集态结构,构建了具有高渗透性炭膜极微孔道结构,制备出具有高渗透性、高分离选择性的气体分离炭膜。通过本课题的实施,形成了由热塑性聚合物制备高性能炭膜的新方法和技术,推动炭膜产业化与应用进程。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(7)
PMMA和PVAc共混改性对TiO_2/PAN混合基质膜结构及性能的影响
  • DOI:
    10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2019.06.007
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    膜科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭少蒙;李琳;张勇跃;王同华
  • 通讯作者:
    王同华
基于TiO_2溶胶杂化的分子筛炭膜制备及其结构与性能
  • DOI:
    10.11949/0438-1157.20201679
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姚彦虎;杨晨;张兵;吴永红;王同华
  • 通讯作者:
    王同华
新型二维分离膜材料石墨炔分离膜的研究进展
  • DOI:
    10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2021.06.022
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    膜科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    项楠;李琳;刘晓玮;王同华
  • 通讯作者:
    王同华
Synthesis and gas permeation properties of thermally rearranged poly(ether-benzoxazole)s with low rearrangement temperatures.
低重排温度热重排聚醚苯并恶唑的合成及气体渗透性能
  • DOI:
    10.1039/d0ra00145g
  • 发表时间:
    2020-05-05
  • 期刊:
    RSC advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
  • 通讯作者:
Influence of NIPS on the structure and gas separation performance of asymmetric carbon molecular sieve membranes
NIPS对不对称碳分子筛膜结构及气体分离性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s10853-022-07650-6
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Springer Nature
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yongyue Zhang;Xin Jin;Lanjuan Li;Mengjie Hou;Ruisong Xu;Yanqiu Pan;Tonghua Wang
  • 通讯作者:
    Tonghua Wang

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其他文献

双胺芴基聚酰亚胺的合成及性能
  • DOI:
    10.16865/j.cnki.1000-7555.2016.05.001
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    鲁云华;金鑫;肖国勇;迟海军;董岩;胡知之;王同华
  • 通讯作者:
    王同华
分离炭膜研究的新技术进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    王同华
活化方式对有序介孔炭孔结构及电化学性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    新型炭材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘美君;王春雷;米盼盼;王同华
  • 通讯作者:
    王同华
煤基管状微滤炭膜的增强改性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    膜科学与技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋学凯;王同华;张万栋;姜华玮;张煜;董军营
  • 通讯作者:
    董军营
具有缺陷孔结构的炭膜分离CO_2/CH_4混合气的分子模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    何流;赵昊瀚;李花;周子瑞;王同华;潘艳秋
  • 通讯作者:
    潘艳秋

其他文献

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王同华的其他基金

超薄中空纤维复合炭膜的设计及结构调控
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高氢选择性金属杂化炭分子筛膜的设计及老化机制的研究
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  • 项目类别:
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相似国自然基金

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AI项目解读示例

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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