MOFs材料对挥发性有机物(VOCs)的吸附研究

挥发性有机物(VOCs)严重危害人体健康和破坏生态环境,吸附技术是处理VOCs的有效技术之一,多孔材料是最常使用的脱除VOCs的吸附剂。金属有机骨架材料MOFs是一种新型的多孔骨架材料,由于具有巨大的比表面积和孔容,其在吸附方面的研究也日益引起人们的关注。系统调研了近年来MOFs材料吸附VOCs的研究进展,首先介绍了MOFs材料及其特点;其次分类详述了不同MOFs材料(MOF-5、MOF-177和MIL-101等)及其对典型VOCs的吸附性能;最后总结和展望了MOFs材料在吸附VOCs及其他有毒气体的应用前景。     

金属有机框架材料吸附VOCs影响因素研究进展

挥发性有机化合物（VOCs）对环境和人体健康均具有严重危害,而吸附法作为有效的VOCs脱除技术已得到广泛应用。在众多吸附剂中,金属有机框架材料（MOFs）以其极大的比表面积、可调节的孔径和可修饰性等优势,在VOCs脱除领域展示出良好的应用前景。本文首先介绍了在吸附过程中涉及到的吸附机理,从影响因素角度回顾了近年MOFs在VOCs吸附方面的研究进展。按照吸附质与吸附剂的几何结构、改性官能团、MOFs的金属位点、酸碱、水和碳材料复合等多个方面剖析了吸附过程中的影响因素,并将其分为内部影响因素和外部影响因素两大部分。针对影响因素归纳了提高吸附量的主要方法,并对MOFs吸附VOCs的吸附量进行了汇总。最后总结并展望了未来应用MOFs吸附VOCs的研究发展方向,期望为深入研究VOCs脱除技术提供有价值的参考。     

新型催化剂MOFs在低温还原脱硝以及吸附VOCs领域的应用

随着我国对于VOCs和NOx污染的治理进入攻坚阶段,异相催化领域的高效多孔催化剂材料MOFs应用于VOCs和NOx污染的治理被逐渐重视起来。良好的吸附性能和高度的反应活性为MOFs应用于VOCs治理、烟气SCR脱硝工艺的核心因素。本文主要探索和总结MOFs高效吸附性能和高度活化性能以及应用于VOCs和NOx治理领域的前景。     

高能所在VOCs检测领域取得进展

正近日,中国科学院高能物理研究所多学科中心李敏团队与广西大学研究人员合作在挥发性有机化合物(VOC)检测研究领域取得进展。研究人员发现金属有机骨架(MOFs) MIL-100(Fe)材料对VOCs分子具有吸附拉曼增强效应,其对甲苯和丙酮的吸附检测性能显著优于传统气体传感器。MOFs对VOCs的吸附呈现"阵列分辨传感"特性,能够实现对多种VOCs的传     

膦酸类金属-有机骨架材料对CO_2的吸附性能研究进展

膦酸类金属-有机骨架(MOFs)材料作为众多MOFs材料家族中的一类,近年来受到了研究者的广泛关注。本文综述了膦酸类MOFs材料的发展过程及其对二氧化碳(CO_2)的吸附性能,并阐明了吸附过程机理,总结了结晶度、有效比表面积、孔隙率和水稳定性等因素对膦酸类MOFs材料CO_2吸附性能的影响。概述了含有N,N'-二(亚甲基膦酸)-哌嗪及其衍生物、膦酸单酯(PMEs)配体的新兴膦酸类MOFs材料的性质和特点,总结了哌嗪环、烷基基团、烷氧基及杂元素(硫、氟)对提高膦酸类MOFs材料CO_2吸附性能的研究概况。分析了甲基、乙基、烷氧基等对膦酸类MOFs材料孔道结构的调控机制。指出了较低的比表面积和孔隙率仍然是制约膦酸类MOFs材料CO_2吸附性能的重要因素,而开发核壳结构的MOFs材料可能是一种有效的解决途径。     

金属有机骨架在吸附式制冷/热泵中的应用

金属有机骨架（MOFs）作为一类新型多孔材料，因其独特和可调的孔道结构、高比表面积和高孔隙率等优点，近年来在中低温吸附式制冷和吸附储热领域得到了广泛的研究与关注。从MOFs对换热工质的吸附容量、系统热效率和稳定性等角度对比分析了不同MOFs材料在吸附式热转换领域的应用现状以及进一步提升材料性能的方法，通过分析可以发现MOFs材料的改性以及与其他材料的复合是提升吸附储热性能的有效方法，也是未来新型MOFs材料开发的一个重要方向，同时吸附热转换系统与MOFs储热材料的高效匹配性也是未来MOFs储热材料实用化的一个重要指标。     

金属有机骨架用于气体存储、吸附分离的研究进展

金属有机骨架(MOFs)由于具有大比表面积、高孔隙率、可调孔径、结构多样、开放的金属位点和化学可修饰性等诸多优点而被广泛用于气体的吸附分离研究。本文对近年来MOFs在气体存储、吸附分离领域的研究进展进行了综述,讨论了不同MOFs对氢气、甲烷的存储性能和存储机理及对二氧化碳、低碳烃等的分离性能和吸附机理,指出MOFs材料的比表面积、孔结构、金属位点、π-π键合作用、可修饰基团等是影响不同MOFs吸附分离过程的重要参数。有目的的功能化改性是提高MOFs材料选择性吸附分离性能的有效方法,但目前仍普遍存在存储吸附性能不够、稳定性不强、成本过高等问题,只有解决这些问题才能使MOFs大量从实验室走向工业化。     

金属有机骨架材料对水中重金属的吸附性能

金属有机骨架材料(MOFs)是近些年来研究较多的一种新型多孔材料,具有超高表面积、孔径可调节等优点,被广泛应用于水中污染物的去除.对MOFs材料进行官能团修饰或与其它材料进行复合后,可提高材料的吸附性能和选择性,展现出更为优异的效果.本文综述了常见的几种MOFs材料对水中重金属的吸附性能,并为今后的研究方向提出几点展望...     

水蒸气对MOFs材料吸附分离混合气影响的研究进展

实际工业过程中混合气的分离通常会受到水蒸气的影响,所以选择合适的固体吸附剂很重要。金属有机骨架(MOFs)材料是一类具有高比表面积、孔径可调等特点的新型材料。不同类型的MOFs材料与水的作用力不同,因此,水蒸气的存在对于该类材料的气体吸附和分离能力有着不同的影响。本文对近年来水蒸气对MOFs材料的气体吸附和分离影响的研究进行讨论。     

金属有机框架化合物的合成

金属有机框架化合物(MOFs)是一种新型的多孔材料,它具有孔道发达、比表面积高、结构功能可调等特点和优势,在催化、吸附、药物运输、气体储存、传质等方面有着很大的应用潜力。因此,MOFs的合成至关重要,本文主要介绍各种MOFs合成方法并比较它们的优缺点。     

介孔金属有机框架材料吸附水中重金属离子研究进展

介孔金属有机框架材料（介孔MOFs）相较于传统吸附剂具有孔径大、孔隙率可调、比表面积大、官能团丰富,便于功能化改性修饰等优点,可高效地吸附水体中重金属污染物。本文介绍介孔MOFs的特性、合成策略及四种合成介孔MOFs的方法,重点分析四种方法的介孔形成机理及其所面临的问题,并将四种合成方法的优劣进行了比较。详述介孔MOFs吸附去除水中重金属离子、类重金属阴离子以及放射性金属离子的研究进展;介绍了介孔MOFs在吸附去除重金属离子方面的可重复利用性;阐述介孔MOFs吸附去除水中重金属污染物的作用机理。对介孔MOFs成本高昂、合成条件苛刻、回收利用难等问题提出了优化方向,指出提高介孔MOFs的水稳定性、易回收利用、简便绿色合成技术以及痕量去除将是未来的研究方向。     

基于纳米材料的静态吸附脱硫进展

综述了近年来新型纳米吸附剂静态吸附脱除燃料油中二苯并噻吩（DBT）的作用机理及最新研究进展。重点分析了金属骨架材料（MOFs）、分子印迹聚合物（MIPs）、石墨烯基材料、活性炭基材料（AC）、介孔微孔材料等不同吸附剂的研究现状,从脱硫机理角度探讨不同改性方法对吸附脱硫效果的影响。通过比较这些吸附脱硫材料的优缺点,展望未来吸附脱硫材料的发展趋势和前景,为开发更优良的吸附剂用于吸附脱除DBT提供一些研究思路。文章指出吸附脱除燃料油中的DBT目前的主要问题是吸附剂的重复利用、与燃料油接触容易产生污染和吸附剂与燃料油分离过程中造成的损耗,这些短板也是吸附脱硫法大规模工业应用的主要障碍,因此吸附材料的选择、改性方法以及机理研究是吸附脱除DBT的主要研究方向。     

沸石分子筛用于VOCs吸附脱除的应用研究进展

挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）作为空气中有机污染物的主要成分,对环境与人类健康造成了严重的危害。吸附法可有效富集低浓度VOCs气体,成本低、易操作,是末端治理去除VOCs的主要技术。沸石分子筛具有高度有序、孔径可调的微孔孔道,可实现VOCs分子的选择性吸附,且热稳定性极佳,易于脱附再生,是一种优良的VOCs气体吸附剂。本文分别从沸石分子筛的结构性质、复合型分子筛吸附剂以及整体式分子筛吸附剂三方面详细介绍了沸石分子筛用于VOCs吸附脱除的研究进展。结果表明,变换骨架拓扑结构以及补偿阳离子类型,可实现对VOCs分子进行选择性吸附;提高结构疏水性可有效降低高湿度条件下水分子对VOCs的竞争吸附,增强分子筛吸附剂的环境适应性;通过孔道多级化或与其他介/大孔构建复合型吸附剂,可提高分子筛吸附剂的比表面积和孔容,增大对VOCs的吸附容量;沸石分子筛可构建为整体式吸附剂,相较于颗粒型吸附剂,其机械强度更高,应用性更强。文章还指出,作为整体式分子筛吸附剂的典型代表,分子筛转轮吸附技术在高通量、高压降等吸附工况条件下均表现出极佳的VOCs吸附脱除效率,已广泛应用于工业排放VOCs的有效治理。     

Polymeric adsorbents for treatment of waste effluents

A significant advance in ion exchange resin and adsorbent technology has been the development of the macroreticular pore structure. Synthetic rotes have been developed for preparing both ion exchange resins and polymeric adsorbents of high surface area and pore volume. Syntheses have been developed to the degree that the surface area and pore.parameters can be widely varied. Several of these macroreticular polymers based upon the crosslinked styrene and acrylate systems are now available commercially. These polymeric adsorbents are hard, durable, insoluble spheres of high surface area and porosity. They are available in a variety of polarities. The nonpolar adsorbents are particularly effective for adsorbing nonpolar solutes from polar solvents. Conversely, the polar adsorbents are very effective for adsorbing polar solutes from nonpolar solvents. Of particular interest is the use of these polymeric adsorbents for the treatment of effluent wastes. In some cases it has been demonstrated that one can recover significant quantities of re-usable chemicals that more than pay for the waste, treatment. The use of the polymeric adsorbents for the treatment of phenolicwastes is an example. Other related applications include the removal of chlorinated pesticides, TNT residues, and other noxious compounds from waste effluents and water supplies.     

金属有机框架材料的水稳定性及吸水应用进展

水蒸气广泛存在于空气和工业气体中,收集利用或去除水蒸气都需要利用高吸水储水的吸附剂。金属有机框架材料(metal-organic frameworks,MOFs)作为一种具有高孔隙率、高比表面积的新型多孔材料,同时具备网状结构和孔径可控调节的特性,被广泛应用于吸附、分离、催化、过滤等多个领域。将MOFs应用于水吸附领域不仅要求MOFs具备较高的水稳定性,还需要具备亲水和吸附-脱附循环能力。本文综述了水稳定性MOFs的基本组成,基于皮尔森软硬酸碱理论的设计原则,水吸附行为的影响因素以及空气集水、气体除湿等应用领域的进展,以饱和吸湿量为参考罗列了13种水吸附MOFs及其衍生物的物理参数。最后总结了水吸附MOFs在合成机理、批量制备和应用领域存在的问题,并对应提出了解决思路,期望为MOFs在水吸附应用的研究方向提供有价值的参考。     

新型无机固体吸附剂在天然气脱水领域研究进展

天然气在进入管网输送之前必须经过脱水处理,目前常用的天然气脱水方法主要有冷干法、液体吸收法和固体吸附法。用于天然气脱水的固体吸附剂主要包括分子筛、氧化铝、介孔二氧化硅和金属有机框架材料（MOFs）等。随着更多海上气田的勘探开发,分子筛和氧化铝等传统吸附剂已无法满足对大量天然气的净化需求,需要使用具有更高负载能力的吸附剂。介孔二氧化硅和MOFs具有高化学稳定性、低密度、高孔隙度的优点,且使用寿命长,避免了频繁更换,作为天然气脱水吸附剂具有潜在优势。围绕高比表面积、孔体积、亲水性和再生能力等综述了介孔二氧化硅和金属有机框架材料（MOFs）在天然气脱水方面的研究进展。介孔二氧化硅具有良好的亲水性和机械稳定性,可在高压力范围内使用,提升处理装置的效率。然而介孔二氧化硅主要是通过溶胶-凝胶法合成,老化时间较长,且传统的蒸发干燥法无法保持完全凝胶的结构。未来有望通过超临界流体干燥法获得具有更好物化性质和孔结构的介孔二氧化硅,进一步提高介孔二氧化硅的吸附能力。MOFs作为无机物和有机物结合形成的多孔材料,具有高度规则的孔结构和可调的性质,且金属离子与配体官能团的自由电子对之间的化学或物理相互作用,使其具有较高的天然气吸附脱水效率和优异的再生循环性能。最后指出,需要进一步研究复杂工况下的MOFs吸附脱水能力、长周期运行稳定性以及高压工况、造粒及不同分离过程（变压吸附和变温吸附）对MOFs的影响,并开发MOFs低成本规模化制备技术实现工业化应用。     

Influence of pyrolysis temperature on the adsorptive properties of adsorbents produced from novolac and biomass

Mixtures of novolac resin and olive stone biomass are cured and pyrolyzed at different temperatures to yield carbonaceous adsorbents. The weight losses and the shrinkages taking place in the carbonization process increase up to ca. 600°C. The pyrolysis residues are investigated with respect to their ability to adsorb toluene and cyclohexane from the vapor phase. Toluene is adsorbed on all adsorbents stronger than cyclohexane. The overall diffusion coefficient D of the adsorption process, the specific surface area, and the pore volume of the adsobents are calculated. The adsorptive properties of the products are interpreted taking into account the size and shape of the pores, the polarity of the adsorbate, and the dispersion forces between adsorbent and adsorbate. Slit-shaped pores, which are characteristic of carbon molecular sieves, are likely to be present in the adsorbents which are pyrolyzed at higher temperatures and particularly at 1000°C. This adsorbent shows the highest adsorption concerning the equilibrium uptake, specific surface area, and pore volume of toluene and cyclohexane. However, the diffusion coefficient D is lower as more micropores are present. © 1995 John Wiley & Sons, Inc.     

煤化工VOCs吸附处理技术研究进展及展望

煤化工产生的挥发性有机物VOCs气体成分复杂且有毒有害,为了避免煤化工VOCs及其光化学产物对环境和人体健康产生危害,通过分析VOCs气体的排放控制及处理技术,指出煤化工VOCs吸附技术是可以控制VOCs排放、回收吸附材料及回收有价值VOCs的经济、有效的VOCs去除技术。通过分析煤化工VOCs吸附的物理与化学过程及其影响因素、解吸附的过程与方法,对常用的吸附材料的改性研究及发展进行了综述,通过对比不同吸附装置的结构、吸附特点及优缺点,将煤化工VOCs吸附技术与其他技术的组合实际工程应用进行了比较分析,并展望了吸附技术的未来研究方向。影响吸附过程的因素有吸附材料的结构特性、表面化学性质及亲疏性热稳定性等物理化学特性,被吸附物质VOCs的分子特性、吸附剂与吸附质之间的相互作用、不同吸附质之间的相互竞争、吸附环境等;物理吸附过程包括外表面传值吸附阶段、内部表面扩散阶段、不同孔径孔隙之间的平衡阶段;吸附剂微孔提供了主要的吸附位点,而中孔及大孔则增强了VOCs的扩散通道。吸附材料经过适当改性具有优异的VOCs吸附能力;采用H2O2浸渍法改性可提高活性炭纤维表面含氧官能团含量,吸附能力增强;采用具有强氧化性的浓硫酸等改性使活性炭表面具有含氧基团,增强活性炭对氮的吸附能力;用碱性氢氧化物改性的活性炭增加了比表面积,用酸改性可增加表面官能团,用KOH活化可获得更好的孔隙率。需要针对VOCs种类、浓度、流量及排放量等特性选择适合的吸附装置。吸附技术是控制煤化工VOCs排放和回收有价值VOCs再利用的经济、有效且具有前景的技术,可与其他技术组合处理VOCs气体,进行有利用价值VOCs气体的回收利用,实现VOCs废气排放达标。吸附技术未来研究重点是吸附材料改性(或定向改性)、新型改性方法及新型吸附材料研究、高效低成本吸附装置研究、多组分吸附质同时脱除研究,并提出了多组分VOCs吸附及解吸附的复合吸附装置研究思路。     

Use of molecular simulation for evaluating adsorption equilibrium of inhalation anaesthetic agents on metal–organic frameworks

Metal–organic frameworks (MOFs) were studied as alternatives to zeolites and activated carbon for adsorptive removal of wasted inhalation anaesthetic agents (IAA). Monte Carlo simulation was used to predict equilibrium adsorption isotherms of IAA on selected MOFs. Rather than generic forcefields (FFs), the all-atom FF parameters published by Arcario were used for IAA modelling. Continuous fractional component Monte Carlo (CFCMC) proved crucial for speedy simulation of large molecules. We found that allocating 70% probability to the CFlambdaSwap move gave optimum fits between simulation and experiment. The simulations provided us with an insight into the adsorption mechanisms of IAA in these structures. Heats of adsorption, Brauner-Emmet-Teller (BET) surface area, and total pore volume were deduced to be the crucial parameters for low, medium, and high range of relative pressures in the isotherm. Therefore, the chromium atoms in MIL-101-Cr are better adsorbers of IAA than MIL-100-Al at lower pressures despite the similarities in terms of the type of linkers and topology. Our simulation results corroborated the earlier published studies on the self-association behaviour of sevoflurane molecules based on the experimental isotherms reported for MOF-177-Zn. Finally, the high polarity of IAA is thought to explain good low-pressure simulation/experiment data agreement for the MOFs possessing coordinatively unsaturated sites (CUS) despite using generic DREIDING FF for the framework atoms. Our in-house parsing code helped realize that the grand-canonical Monte-Carlo simulation speed is not the same for all pressure points but decreases for higher pressure points. This can be explained by increased density of the adsorbates making successful trial moves less probable.