从微乳界面统计力学分析到二氧化碳吸附材料合成

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21776005
  • 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:
    B0801.化工热力学
  • 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

The purpose of this program is to develop a novel macroporous material for CO2 adsorption to circumvent some drawbacks of those ordinary materials, such as low amino loading, high amino leading, and low stress–strain. Here we prepare the material via emulsion polymerization, where polyethylenimine (PEI) enveloped nanoparticles as well as Tuwen80 act as the Pickering emulsifier to achieve the effect of uniform loading of nanoparticles and PEI chain embedding. By means of interfacial control and inorganic-organic composition, a spherical adsorbent can be synthesized with ordered macroporous structure with solid PEI loading, resulting in high adsorption/desorption efficiency in a fluidized-bed process. In order to achieve such effect, we first perform the initial experiments to determine the basic components, to characterize their structure and performance, and to find out organization direction. We then investigate the detailed interfacial structure and free-energy of the complicated system at molecular level to evaluate their influence to the size of microemulsion drops, the dispersion of PEI chains and nanoparticles on pore surface, and the final pore size distribution of adsorbent. As a result, a direct correlation of interfacial structure with the macroporous structure can be established to guide the experiment synthesis of high efficient adsorbent.
针对现有CO2吸附材料普遍存在的胺基负载率低、表面胺易挥发和脱落、机械强度低、耐磨性能差等问题,本项目以乳液聚合的方法实现大量胺基植入式负载,通过微乳界面调控和有机无机复合,合成具有规整孔结构、纳尺度粗糙孔表面的聚乙烯亚胺/纳米颗粒/聚丙烯酰胺球形颗粒,用于CO2捕集。在保证耐磨性能满足流化床运行的前提下,大幅度提高吸/脱附效率和循环周期。为实现上述目标,首先完成基本结构和性能的实验研究,确定颗粒、表面活性剂、水和油相基本选择;针对实验过程中发现的孔结构不均匀、颗粒和PEI分散程度不高的问题,从分子层面对结构形成的微观机理展开DFT研究,弄清有机-Pickering乳化-无机相界面不同组成、配比时的界面密度与能量分布,建立界面结构与材料结构的直接关联,评估液滴内微乳相的界面结构和表面张力对材料孔道结构、PEI负载方式和颗粒分散的影响,由此形成界面调控机制,指导合成高性能的CO2吸附。

结项摘要

本项目基于分子动力学模拟和量化计算,明确了由丙烯酸酯形成的油包水乳液组成与界面张力对聚丙烯酸酯基体孔结构、骨架强度和疏水性能的影响规律;基于乳液悬浮聚合和有机胺接枝与改性,制备了胺基功能化聚丙烯酸酯球形颗粒复合材料,呈规整有序的互联互通大孔结构,孔表面为纳尺度粗糙结构,表面丰富的环氧基团提供了较高的有机胺接枝率,并通过对接枝有机胺进行环氧改性后,降低了脱附温度,可有效解决有机胺的溶解、氧化和高温失活等问题;测试表明,复合材料对CO2吸/脱附热力学、动力学、循环稳定性、抗杂质干扰能力等均达到或超过预期目标。在此基础上,开展了复合材料的吨级规模化规制备研究,完成3吨复合材料制备,用于燃煤烟气碳捕集工程验证,使基础研究具有实际工业应用价值。.本项目规模化制备胺基功能化复合材料的关键性能指标:堆积密度0.4 g/ml;平均粒径0.4~0.8mm;平均孔径1-5μm;抗压强度20 MPa;改性有机胺负载率75%;水润湿角103º;在模拟烟气条件下,复合材料工作吸附量达0.8 mmol/g,运行1500次后,吸附容量损失率低于5.0 %,具备工业化应用基础。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
In situ growth of MIL-88A into polyacrylate and its application in highly efficient photocatalytic degradation of organic pollutants in water
MIL-88A原位生长聚丙烯酸酯及其在高效光催化降解水中有机污染物中的应用
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2021.150404
  • 发表时间:
    2021-06
  • 期刊:
    Applied Surface Science
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Bo Xue;Le Du;Junsu Jin;Hong Meng;Jianguo Mi
  • 通讯作者:
    Jianguo Mi
Construction of Porous Polymer Beads for CO2 Capture in a Fluidized Bed with High Stability
高稳定性流化床中用于 CO2 捕集的多孔聚合物珠的构建
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.1c00721
  • 发表时间:
    2021-05-12
  • 期刊:
    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Deng, Jingqian;Zou, Wei;Zhang, Chen
  • 通讯作者:
    Zhang, Chen
Amine-functionalized micron-porous polymer foams with high CO2 adsorption efficiency and exceptional stability in PSA process
胺功能化微孔聚合物泡沫在 PSA 工艺中具有高 CO2 吸附效率和出色的稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.129555
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Chuanruo Yang;Yuxing Xiong;Jian Chen;Junsu Jin;Jianguo Mi
  • 通讯作者:
    Jianguo Mi
Preparation and performance of amine-based polyacrylamide composite beads for CO2 capture
CO2捕集胺基聚丙烯酰胺复合珠的制备及性能
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2018.07.116
  • 发表时间:
    2018-10
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Nie Lijuan;Jin Junsu;Chen Jian;Mi Jianguo
  • 通讯作者:
    Mi Jianguo
Epoxide-functionalized tetraethylenepentamine encapsulated into porous copolymer spheres for CO2 capture with superior stability
环氧官能化四亚乙基五胺封装在多孔共聚物球中,用于捕获二氧化碳,具有卓越的稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.apenergy.2019.114265
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
    Applied Energy
  • 影响因子:
    11.2
  • 作者:
    Yang Chuanruo;Du Zhilin;Jin Junsu;Chen Jian;Mi Jianguo
  • 通讯作者:
    Mi Jianguo

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其他文献

CO_2在聚乳酸中的溶解和扩散行为研究
  • DOI:
    10.19491/j.issn.1001-9278.2018.10.007
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    中国塑料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余科松;倪敬越;周洪福;王向东;密建国
  • 通讯作者:
    密建国
Improved radial distribution functions for Coulomb charged fluid based on first-order mean spherical approximation
基于一阶平均球近似的改进库仑带电流体径向分布函数
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    J. Chem. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    仲崇立;徐勤志;吴开谡;密建国
  • 通讯作者:
    密建国
聚乳酸/PBAT合金的微孔发泡行为研究
  • DOI:
    10.19491/j.issn.1001-9278.2017.10.010
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国塑料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    余科松;周洪福;密建国;王向东
  • 通讯作者:
    王向东
金属板波纹规整填料在CO2吸收塔中的传质性能研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    化学工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭勇;密建国;汤志刚;陈健
  • 通讯作者:
    陈健
金属板波纹规整填料在CO2吸收塔中的传质性能
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    化学工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭勇;密建国;汤志刚;陈健
  • 通讯作者:
    陈健

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密建国的其他基金

用于CO2捕集的MOFs/聚丙烯酸酯多孔材料复合结构设计与可控合成
  • 批准号:
    U22B20147
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    243.00 万元
  • 项目类别:
    联合基金项目
二氧化碳水合物结晶行为统计力学研究
  • 批准号:
    21476007
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    82.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
胶体在聚合物中自组装及凝聚成核统计力学研究
  • 批准号:
    21276010
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
液固表面纳米气泡成核统计力学研究
  • 批准号:
    21076006
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
疏水材料表面润湿性能研究
  • 批准号:
    20876007
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    34.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高分子材料结构及性质积分方程理论研究
  • 批准号:
    20576006
  • 批准年份:
    2005
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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  • 财政年份:
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  • 项目类别:
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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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