吸附式空气取水物理吸附材料研究进展

吸附式空气取水技术是解决干旱地区水资源短缺的有效技术手段.吸附材料的设计和选取直接决定吸附式空气取水的性能,物理吸附材料因其具有易于再生等诸多优越的性能得到了学者的广泛研究.本文简要介绍了基于吸附-脱附循环吸附式空气取水技术的工作原理和物理吸附材料3种不同的吸附机制,进一步提出了理想物理吸附材料的设计目标.通过对近些年来吸附式空气取水物理吸附材料的研究进展进行总结和分析,综述了硅胶、沸石、磷酸铝、有序介孔材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料等不同物理吸附材料的特点和研究现状,总结对比了不同材料的吸附性能,最后着重分析了目前物理吸附材料在吸附量、动力学、循环稳定性和规模化应用等方面存在的问题,并提出了引入离子交换法、采用多孔基质、引入疏水性官能团和取消溶剂等技术路径,对新一代物理吸附材料的研发具有一定的借鉴意义.     

采用复合吸附剂-氨的多功效热管型高效吸附制冷机

采用复合吸附剂-氨工作对设计出多功效热管型高效吸附制冷系统. CaCl₂/活性碳的复合吸附剂, 由于活性碳中丰富的微孔结构强化了CaCl₂的传质, 提高了系统的吸附性能. 系统在加热吸附床时, 加热锅炉为热管加热端, 吸附床为热管冷却端; 在冷却吸附床时, 吸附床为热管加热端, 冷却器为热管冷却端; 在回热时, 热的吸附床为热管加热端, 冷的吸附床为热管冷却端; 回质时, 将热的吸附床和冷的吸附床的氨管路相连通, 由于热床压力高, 其中的氨将迅速流到冷床中而实现回质. 在渔船柴油机余热加热, 海水冷却的条件下, 系统在20℃蒸发温度下可以获得单位质量吸附剂的制冷功率, SCP = 770.4 W/kg, COP = 0.39. 在太阳能热水驱动下, 系统在蒸发温度为5.6℃时可以获得单位质量吸附剂制冷功率, SCP = 524.2 W/kg, COP = 0.27.     

高传热和传质性能复合吸附剂的研发

为解决吸附剂强化传热和强化传质之间的矛盾, 以氯化钙和木屑为原料, 采用炭化活化造孔的方法强化传质, 通过加入膨胀石墨强化传热, 考察了炭化活化温度和膨胀石墨加入比例对复合吸附剂性能的影响. 宏观的吸氨性能测试以及微观的参数表征表明炭化活化法制备的吸附剂孔隙发达, 氯化钙含量高而且分布均匀, 强化了吸附氨气过程中的传质速率; 炭化活化温度对样品的氯化钙含量和结晶度, 吸附量以及吸附速率都有重要的影响. 膨胀石墨的加入强化了吸附剂的传热, 提高了吸附速率. 实验结果表明, 500℃温度下制备的吸附剂, 在膨胀石墨含量为30%时, 其在0.5 h内的吸附速率较快, 在吸附时间分别为10, 20和30 min时, 其吸附量达到0.37, 0.47和0.53 g/g, 而且解决了氯化钙吸氨过程中的膨胀结块问题.     

新型三油酸甘油酯-活性炭复合吸附剂的性能表征及吸附行为

研制了一种新型三油酸甘油酯-活性炭复合吸附剂, 并对其制备方法、形态结构及其对水中狄氏剂的吸附行为进行了研究. 实验结果表明, 这种新型复合吸附剂以活性炭作为支撑载体, 活性炭外侧包覆镶嵌三油酸甘油酯的醋酸纤维素膜; 新型复合吸附剂性能稳定, 在水中浸泡5周后三油酸甘油酯无泄漏, 对水中痕量亲脂性、持久性有机污染物狄氏剂有较强的吸附能力; 反应48 h后, 体系中狄氏剂的浓度为0.204 μg·L?1, 相同实验条件下去除效果优于传统的吸附材料活性炭.     

色氨酸修饰壳聚糖珠的制备及其对低密度脂蛋白的吸附

通过较简单的合成路线, 制备了一种吸附性能良好的低密度脂蛋白吸附剂. 首先采用相转移法制备了多孔壳聚糖珠, 再以乙二醇二缩水甘油醚对其同时进行活化、交联并引入一定长度的手臂, 进而偶联色氨酸作为配基. 试验表明, 该吸附剂对低密度脂蛋白具有较高的吸附容量和较好的吸附选择性, 并具有很好的血液相容性. 实验考察了长短不同的手臂对吸附剂吸附选择性的影响, 并对其作用机制进行了探讨.     

固态胺吸附剂的CO2诱导性失活难题研究进展

CO₂捕集与封存是实现碳达峰、碳中和目标的重要措施,贡献全行业15%的CO₂减排量.固态胺吸附剂具有CO₂选择性强、CO₂吸附量高、再生能耗低、对CO₂浓度要求低等优点,近十几年来被广泛研究,是一种极具应用潜力的CO₂捕集材料.通过对制备方式的改进、有机胺种类的拓宽以及基体材料的设计与开发,固态胺吸附剂的CO₂吸附性能得到显著提升.然而,固态胺吸附剂在CO₂气氛下再生时,会因大量形成尿素基团而产生CO₂诱导性失活,导致吸附剂无法循环多次使用,限制了其在CO₂捕集领域的工业化应用.本文对固态胺吸附剂的技术原理、CO₂诱导性失活过程、失活关键因素和失活形成机制进行总结;同时,归纳、梳理了固态胺吸附剂在抗尿素循环稳定性方面的相关研究,并且探讨了固态胺吸附剂在提高抗尿素循环稳定性方面面临的问题和可能解决的方案.     

石墨烯基金属氧化物纳米复合结构材料的制备及应用于水体中污染物的吸附研究进展

石墨烯及氧化石墨烯材料具有良好的物理化学性质、巨大的比表面积,使其适合成为水处理中的吸附剂用于污染物的去除.石墨烯基金属氧化物纳米材料,兼具石墨烯和金属氧化物纳米粒子的固有特性,金属氧化物纳米粒子的存在不但阻止石墨烯的团聚,石墨烯基材料也进一步防止了纳米粒子的凝聚,两者共存产生协同效应,使复合材料具有更大的比表面积和吸附效能用于污染物的去除.本文综述了用于环境中污染物去除的石墨烯基金属氧化物的种类、不同复合材料的性能以及复合材料对水体中重金属离子、有机污染物的吸附性能等,探讨污染物去除机理,并进一步展望适合于不同种类污染物去除的石墨烯基金属氧化物的结构性能特点.     

碳化聚丙烯腈球形吸附树脂的研究

球形吸附剂在使用上具有很多优点,例如可以与流体均匀接触、流体通过吸附剂层时阻力小且不易破碎等等。但具有良好吸附性能的活性碳经球形造粒后,吸附性能显著下降,为了     

交联剂用量对氨基功能化纳米Fe3O4磁性高分子材料吸附性能的影响

采用悬浮聚合法经共聚、开环反应, 得到了3种具有核-壳结构、以乙二胺为官能团的氨基功能化纳米Fe₃O₄磁性高分子材料(EDA-NMPs). 考察了其作为吸附剂对废水中Cr(Ⅵ)的吸附性能, 优化了最佳吸附实验条件, 并着重研究了高分子聚合过程中交联剂二乙烯基苯(DVB)的用量对所得EDA-NMPs材料吸附性能的影响. 结果表明, 材料合成过程中DVB的用量对EDA-NMPs的吸附性能有显著影响. 在最佳吸附条件(pH 2.5, T = 35℃)下, 共聚过程中不添加交联剂二乙烯基苯(DVB)时得到的材料对Cr(Ⅵ)的饱和吸附量(q_m)最大, 可达135.14 mg•g⁻¹, 初始吸附速率为1111.1 mg•g⁻¹•min⁻¹, 以3种吸附剂处理浓度为50 mg•L⁻¹的含Cr(Ⅵ)废水时, 去除率均超过99%, Cr(Ⅵ)的剩余浓度低于0.31 mg•L⁻¹, 达到国家排放标准(≤0.5 mg•L⁻¹).     

离子在固体吸附剂上的表面扩散研究

无机固体吸附剂由于吸附速率快,加之本身有良好的化学稳定性,被广泛用于水体中重金属离子的去除.已有的大量研究工作侧重于吸附质在吸附剂表面吸附热力学的研究.而对液固体系中的离子在固体吸附剂的表面扩散行为研究报道较少,特别是在进行动力学研究时常假定表面扩散系数为常数,这样处理不能正确地描述表面扩散的真正行为.对于水体中有害离子的处理,工业上多采用固定床吸附剂(fixed-bed adsorber),它能更有效地利用吸附剂的吸附容量,因此开展溶液离子在吸附剂表面扩散行为的研究在理论及实际中均具有重要的意义.本文根据吸附剂表面非均匀的特点,即在不同的吸附中心其吸附能不同,引入吸附能分布函数,导出描述固体表面的表面扩散系数模型,根据建立的模型对离子在吸附剂表面的扩散行为进行了计算分析,并将其用于计算纯电解质水溶液中铅离子在两种新型吸附剂表面上的扩散系数.     

基于水合盐热化学吸附的储热技术

在跨季节储热技术中,水合盐热化学吸附因具有储热密度高、长周期存储无热损、清洁环保、成本低廉等优势,逐渐成为国内外研究热点.本文对适用于建筑供暖的水合盐热化学吸附跨季节储热技术发展现状进行了系统综述,着重回顾了水合盐储热材料研究的最新进展,主要涉及水合盐储热材料的选择和基础热分析、复合储热材料的性能研究、使用少量储热材料的反应器热性能实验研究、储热系统/反应器的数值模拟及性能评价方法研究.基于研究现状分析,总结了水合盐热化学吸附跨季节储热的技术特点,并指出了该技术未来的主要研究方向.     

合成有序介孔沸石材料取得突破性成果

<正>沸石分子筛材料因其具备有序的微孔结构、大的比表面积、高的水热和热稳定性、丰富的骨架酸中心等优异性能,已在工业催化和吸附分离等领域得到了广泛的应用.狭小且均一的微孔结构虽然在择形催化和选择性吸附等方面表现卓越,但是会限制物质在孔道内的传输和扩散,导致反应系统背压过高或无法催化大分子反应.同时,有序     

石墨烯材料在水处理中的应用:传质机制与吸附特性

石墨烯由于独特的单原子层二维结构和高比表面积等优异性能而被用作选择性分离膜和吸附剂,在水处理领域具有潜在的应用前景.本文综述了石墨烯纳米多孔膜和层状堆叠的氧化石墨烯渗透膜对气体、水及离子的传质行为.纳米多孔膜因其制备技术和不成熟的打孔技术等原因而具有一定局限性;而层状渗透膜由于制备方法简单、成本低、高通透性和高选择性等优点,在水净化领域具有广阔的应用空间.进一步综述了石墨烯吸附材料对水中重金属离子、染料和有机污染物的吸附行为,分析了石墨烯材料表面官能团与污染物的相互作用机理.最后展望了石墨烯材料在膜分离、海水淡化和污染物去除等环境应用中的机遇和挑战.     

α螺旋构象对模型寡肽与聚合物相互作用的影响

通过核磁技术中的化学位移微扰法和分子模拟技术, 在分子水平上揭示了二甲基胺修饰聚丙烯酰胺吸附剂(DMAPAM)对八肽VVRGCTWW(V8)和四肽CTWW(C4)吸附能力差异的原因. 结果表明, 除了非键的相互作用影响吸附剂对多肽的吸附能力外, 寡肽的构象是造成对多肽吸附能力差异的重要因素. V8的a螺旋结构使得V8与吸附剂间可以形成多种弱相互作用力协同作用的模式, 从而显著提高吸附剂对其的吸附能力. 该结果对了解生物材料与多肽间的作用机理具有重要意义.     

磺化交联聚乙烯醇球对低密度脂蛋白的选择性吸附

通过在环氧化的交联聚乙烯醇球上固载多乙烯多胺和磺酸基因的方法制备了一种新型的低密度脂蛋白吸附剂，环氧化的交联聚乙烯醇球首先与乙二胺或二乙烯三胺、三乙烯四胺及四乙烯五胺等多乙烯多胺进行胺化反应，由此获得不同长度的手臂；而后将胺化的载体与二甲基甲酰胺中的氯磺酸反应，从而固载磺酸基因，体外吸附实验表明，这种吸附剂对低密度脂蛋白具有较高的吸附量和吸附选择性，且吸附速率快，研究表明，吸附剂的粒径、交联度等结构特性对吸附性能有较大影响；磺酸面载量的增加和手臂分子的引入可显著提高吸附剂对低密度脂蛋白的吸附量和选择性。     

用于二氧化碳捕集的阴离子柱杂化金属有机框架材料

二氧化碳(CO₂)等温室气体浓度提高引起的全球变暖危机已成为全球关切的焦点.为应对这一难题,当前已开发出多种碳捕集技术来减少CO₂的排放.近年来,基于多孔吸附材料的碳捕集技术因具有自身独特优势引起了全球研发人员的广泛兴趣.金属有机骨架(MOFs)材料因其高度有序的孔结构和极为丰富的结构可修饰性,被认为是本领域中极具应用前景的新型多孔材料之一.然而大多数常规MOFs材料通常存在吸附容量与选择性之间的取舍问题,近年来发展的阴离子柱杂化MOFs(APMOFs)材料由于结构中存在有丰富氢键受体的阴离子柱配体,可通过孔道尺寸、形状和化学性质之间的协同效应,同时满足对于高吸附容量和高选择性性能的要求,因而受到了本领域研究者的广泛关注.本文依据材料的吸附性能和稳定性特点,将APMOFs划分为四代发展,综述了该材料近10年来在二氧化碳捕集的研究进展,并指出在未来走向商业应用中面临的机遇和挑战.     

CuO-Fe2O3吸附水中酸性红B及其催化热解再生机制

采用共沉淀法制备出具有较强磁性和较大比表面积的CuO-Fe2O3复合氧化物, 并研究了其吸附偶氮染料酸性红B(ARB)及其通过催化热解有机物进行再生的性能.结果表明, 该CuO-Fe2O3复合氧化物在弱酸性条件下对酸性红B(ARB)有较强的吸附能力, 溶液中共存的Cl?对吸附基本没有影响, 而对吸附却影响显著.吸附后经磁分离, 可在300℃、空气气氛中催化氧化吸附质而使吸附剂再生, 吸附剂经连续7次吸附-再生使用, 性能稳定.用原位FTIR反射光谱法研究了偶氮染料酸性红B单独热解及在CuO-Fe2O3复合氧化物上热解的反应过程, 通过跟踪反应体系IR谱图随温度及时间的变化, 推断了反应历程及其产物.研究证明, 酸性红B在两种条件下的氧化反应有很大区别: CuO-Fe2O3复合氧化物对酸性红B的氧化有很强的催化作用, 不仅大大降低了染料的降解温度, 而且可使其发生完全氧化, 无有机副产物产生; 而对无CuO-Fe2O3吸附的酸性红B进行热氧化时, 需在较高温度下进行, 而且氧化不完全, 产生大量含N有害化合物.     

吸附法碳捕集技术的规模化应用和挑战

实现2030年碳达峰和2060年碳中和是能源领域的当前决策和长远愿景,为此必须更加紧密结合全球能源发展趋势及国家能源策略,在碳捕集与封存领域投入研发力量.近几十年来,吸附法作为一种极具应用潜力的碳捕集技术得到了快速发展.例如,对高性能吸附剂的开发进行了大量探索;适用于碳捕集的吸附循环过程得到了显著的发展;先进的吸附剂结构和装置不断被提出;将吸附过程与其他分离和/或反应过程进行耦合的复合吸附技术得到了广泛关注;吸附法碳捕集技术的应用领域也得到了拓展.为此,本文介绍了各种吸附法碳捕集循环过程,归纳总结了目前超出实验室级别装置(技术成熟度TRL5～7)的技术特点、分离性能、运行能耗和成本,应用场合包括了燃烧后碳捕集、燃烧前碳捕集和直接空气碳捕集.对吸附法碳捕集技术作了评述,指出了其在未来发展中面临的机遇和挑战.     

三油酸甘油酯复合吸附剂去除狄氏剂和异狄氏剂的研究

制备出了一种能有效去除水中持久性有机污染物的三油酸甘油酯复合吸附剂. 以狄氏剂和异狄氏剂作为目标污染物, 研究了其吸附平衡及吸附过程的影响因素. 实验结果表明, 复合吸附剂对两种目标污染物的吸附等温线符合Freundlich模型, 证明了两种目标污染物在吸附剂-水两相中为分配吸附. 狄氏剂的吸附平衡常数大于异狄氏剂的吸附平衡常数, 其主要原因是狄氏剂的辛醇-水系数大于异狄氏剂的辛醇-水系数. 同时还研究了不同因素(温度, 离子强度, pH, 腐殖酸浓度)对狄氏剂和异狄氏剂吸附速度的影响. 实验结果表明, 较高的温度、较低的离子强度、较低的pH和较低的腐殖酸浓度有利于提高狄氏剂的吸附速度, 而异狄氏剂的吸附速度则随温度的升高和pH的增加而减慢, 随腐殖酸浓度的增加先加快后减慢, 与离子强度的关系不大.     

封面说明

<正>向多孔基质中添加吸水能力强的无机盐是配制新型吸附剂的重要方法之一.基质的选择对复合吸附剂的吸附性能有重要的影响,但目前这方面的研究较少.硅胶是最常用的基质,它自身具有很强的吸水能力,亲水性较强,但硅胶-盐复合吸附剂在配制过程中硅胶颗粒较易发生破碎,稳定性有待提高.活性炭本身的吸水能力并不强,但它比表面积较大,同时含