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。     

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。     

吸附法脱除柴油中噻吩类含硫化合物的研究进展

综述了吸附法脱除柴油中噻吩类含硫化合物的常用吸附剂、吸附脱硫的机理及吸附脱硫过程动力学研究的最新进展。阐述了近来研究较多的吸附剂主要有分子筛、活性炭和金属有机骨架（MOFs）材料。目前传统的加氢脱硫（HDS）技术虽然可以满足当前柴油中硫含量的国家标准,但是其需要高温高压、成本高且对二苯并噻吩类硫化物脱硫率低,而吸附脱硫技术由于成本低、操作条件温和、易脱除加氢脱硫难以脱除的硫化物、对油品品质影响小等优点成为当前柴油脱硫的研究热点。吸附脱硫主要包括反应型吸附脱硫和非反应型吸附脱硫,反应吸附脱硫关键是有旧键的断裂与新键的生成,而非反应吸附脱硫则是通过分散力使硫化物上的硫原子与吸附剂之间相互作用,从而达到吸附脱硫的作用。本文对吸附脱硫机理和吸附脱硫过程的动力学加以讨论,为以后的研究提供一定的理论基础,并提出了脱硫吸附剂今后的研究方向。     

吸附法脱除VOCs挥发性有机物的研究进展

吸附法是脱除挥发性有机物(VOCs)的主要方法之一,具有工艺成熟、操作简单、能耗低、净化效率高等优点。吸附剂的选择是VOCs吸附的关键,同时如VOCs分子结构、外界环境因素也会影响脱除效果。本文重点介绍了不同吸附剂对VOCs的吸附,分析了影响VOCs吸附的其他因素,并展望了吸附法脱除VOCs的研究方向。     

金属-有机骨架材料用于水中痕量药物污染物的吸附脱除

由于其结构复杂、多态性和多个电离位点等特点，水中的药物污染物很难达到完全脱除。因此，寻找一种高效的吸附剂，对降低此类污染物对人体和环境的影响是至关重要的。金属-有机骨架材料（metal-organic frameworks，MOFs）具有超高比表面积/孔隙率、高度化学/结构可调性以及可设计性等优点，在液相吸附分离中表现出优异的性能。本文简述了近年来MOFs材料、功能化MOFs材料以及MOFs衍生碳材料用于水中痕量抗生素和其他类药物污染物脱除的研究进展。针对特定的药物分子，通过引入特定的官能团及其他物质（如多壁碳纳米管、磁性Fe₃O₄等）可以有效提高吸附能力。此外，通过分析MOFs与药物分子之间的相互作用力，包括静电作用、氢键、π-π相互作用等，并结合本文作者课题组的研究内容，认为今后的研究重点是利用先进的理论计算方法定向筛选或设计高效吸附材料，并充分考虑动力学吸附，以实现水中痕量药物污染物的高效脱除。     

金属有机框架材料在天然气纯化和存储领域的应用

金属有机框架材料（Metal-organic frameworks,MOFs）因其优异的孔道特性和灵活的结构可调性，作为新型吸附材料受到气体分离和存储领域的广泛关注。然而，在天然气的纯化和存储领域的使用需要对MOFs固体吸附剂进行系统的设计，简要论述了MOFs在天然气纯化过程中对二氧化碳和硫化氢两大杂质的分离，以期提高天然气的纯度，为高效的存储奠定基础，接下来，从吸附和解吸两个角度出发，论述利用MOFs进行天然气存储的考量因素。最后，总结了在天然气纯化和存储领域MOFs的设计合成思路以及MOFs吸附剂在稳定性、多功能性等方面所面临的挑战，以此提高MOFs吸附剂在未来推广使用的可能性。     

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。     

硫化氢深度吸附材料的研究进展

目前硫化氢（H₂S）日益成为制约工业化发展的一个重要因素,即使在较低的浓度下仍会破坏环境、腐蚀设备。如何能将含硫气体清洁、高效、深度脱除已成为国内外学者的研究重点。吸附法脱硫以其脱硫程度高、高效环保、操作简单和吸附剂可重复利用等优点具有良好的发展前景。研制一种选择性好、吸附容量大、性能稳定、再生性好的吸附剂是吸附法脱硫的关键。本文以深度脱除H₂S为目标,综述了碳基材料、多孔金属氧化物、沸石分子筛、金属有机框架（MOFs）等几种不同吸附材料的研究进展,总结深度脱硫今后的发展方向,旨在为后续的研究提供借鉴。     

多孔材料吸附挥发性有机物的研究进展

吸附法是治理挥发性有机物（VOCs）的重要技术之一。近年来，多孔材料用于VOCs的吸附处理受到了研究者的广泛关注。本文总结了多种多孔材料，如活性炭、生物炭、活性碳纤维、石墨烯、沸石分子筛、金属有机骨架材料、多孔有机聚合物和复合材料等在VOCs吸附领域的应用和研究进展，阐述了各类材料在VOCs吸附应用中存在的问题，探讨了其未来发展前景，总结了吸附剂失活的原因和再生的方法，为多孔材料在VOCs吸附领域的应用提供借鉴。     

金属-有机骨架材料制备及其吸附净化挥发性有机物应用

吸附技术是控制净化挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,VOCs)常用且有效的方法之一,其核心和关键是具有高比表面积和孔容的高效吸附材料。金属-有机骨架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)是一类具有超高比表面积和孔容的新型高效吸附材料,在VOCs吸附净化领域具有广阔的应用前景。概述了MOFs材料的发展历程,重点介绍了MOFs材料合成制备方法及其对VOCs的吸附研究进展,讨论了相关研究工作尚存在的科学技术问题并展望了未来研究方向。     

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。     

燃煤有机污染物排放及其控制技术研究展望

有机污染物排放是导致大气复合型污染、诱发雾霾、产生光化学烟雾的重要诱因,是当前研究的热点问题。燃煤是有机污染物的来源之一。本文综述了燃煤有机污染物的排放特性,包括燃煤有机物的排放浓度及主要组分,影响燃煤有机物生成的因素,指出燃煤有机污染物浓度较低,苯系物是其重要组成之一。分析了烟气系统中有机物的迁移转化以及烟气处理设施（选择性催化还原脱硝、湿法脱硫、电除尘、湿式电除尘、低低温电除尘）的协同去除作用。最后基于吸附技术和催化技术的研究现状,展望了未来燃煤有机污染物控制的研究方向为：结合现有设备的协同去除作用,优化工艺条件,开发适合燃煤有机物的高效吸附剂和催化剂,开发集高效吸附/氧化/烟气协同净化技术于一体的燃煤有机物高效控制技术。     

金属有机框架材料吸附分离水中铀的应用

金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）具有极高的比表面积和孔隙率,结构可设计调控,但在水相吸附分离方面存在水稳定和选择吸附性较差、分离困难、合成与再生成本偏高等问题。针对MOFs的缺陷,可以通过有目的的功能化改性从而提升其对目标污染物的吸附性能。本文介绍了MOFs的结构优势,分析了水稳定性的影响因素和判断手段,简述了具有代表性的高水稳定性MOFs材料的特性;根据MOFs改性方法的分类回顾了MOFs及改性MOFs在去除水相中放射性铀的应用;基于不同分析技术探讨了MOFs与铀酰离子的吸附机理;提出推动MOFs在吸附铀方面规模化应用发展的核心是合成高稳定性MOFs,通过改性提高MOFs的选择吸附性能和再生性以及深入研究吸附机理。     

低温等离子体结合催化去除VOCs的研究进展

等离子体技术因其工艺简单、处理流程短及适用范围广的优点被用于VOCs的去除,而近年来兴起的低温等离子体结合催化技术,能进一步的提高去除率、降低能耗、减少二次污染,为有效去除VOCs指引了一个新的发展方向.文章综合概述了国内外近几年对此技术的作用机理、影响去除率的因素及尝试去除VOCs有机物的研究进展,最后对此技术进行了展望.     

MOF及其复合材料吸附去除VOCs应用研究进展

金属有机骨架材料（MOF）是一种高比表面积、活性位点丰富、易化学修饰的新型多孔材料,但较差的水稳定性限制其在吸附挥发性有机化合物（VOCs）领域的应用,因此如何提高和巩固MOF的吸附性能已成为研究的热点。本文从单体MOF的合成、MOF复合材料的制备、吸附机理和吸附影响因素等方面综述了MOF及其复合材料吸附去除VOCs的研究进展。针对目前MOF材料在吸附VOCs方面的不足提出研究建议,展望其在VOCs吸附领域的发展方向为制备富含微-介孔结构和活性位点、水热稳定性强、抗水蒸气竞争吸附好和循环利用率高的新型高稳定性材料,以及开发新型MOF材料合成方法。     

Removal of volatile organic compounds by cryogenic condensation followed by adsorption

Removal of volatile organic compounds (VOCs) from gaseous effluents by cryogenic condensation and adsorption has been studied. Mathematical models have been developed to predict the extent of removal of a binary mixture of VOCs in air by these two methods under a wide range of operating conditions. The model results are verified with the published work. A model parametric study carried out in this work suggests that if the concentrations of VOCs in the effluent stream vary over a wide range, condensation followed by adsorption is an effective technique to control the emissions. Condensation is found to be suitable if the VOCs emission levels are high (>1%). On the other hand, if the emission levels are low i.e. parts per millions (ppm) or sub ppm, adsorption is a preferred technique for removing the VOCs from the effluent stream. The model results in this work have significance from the perspective of understanding the mechanism of removal of VOCs by these two methods, determining the key operating parameters that control the removal process and also, defining an effective VOC control strategy.     

Effective adsorption of ciprofloxacin hydrochloride from aqueous solutions using metal-organic framework

ABSTRACT

Metal organic frameworks (MOFs) have become material of special attention due to their high porosity and large surface area. Adsorptive removal of ciprofloxacin hydrochloride using MOFs from aqueous waste and real wastewater has been studied in this work. The MOF-5 synthesized showed higher adsorption capacity as compared to activated charcoal. The adsorption satisfies the pseudo-second-order kinetic model and adsorption isotherm is very well explained by the Freundlich and the Sips isotherm. The adsorption mechanism may be explained by the electrostatic interactions of the pharmaceutical compounds and the MOF-5 surface. Finally, it can be concluded that MOF-5 has shown a great potential for their application in wastewater treatment technology development.     

活性炭吸附挥发性有机气体的影响因素

活性炭吸附法是目前使用最为广泛的处理VOCs的方法之一。本文综述了活性炭吸附挥发性有机气体的影响因素:活性炭的孔隙结构、活化方法、进口VOCs的浓度、有机气体的物化性质、混合VOCs以及温度、吸附剂填充密度、流量等,都是活性炭吸附挥发性有机气体的影响因素。