分子筛及其膜材料的吸附、扩散与分离性能研究

本项目针对微孔材料吸附和扩散研究领域需要解决的共性瓶颈性重要科学问题，以烷烃异构体在silicalite-1晶体及CO2和CH4在DDR和ZIF结构型MOFs晶体及其相应膜材料中的吸附和扩散为体系，展开全面而深入的研究：提出热力学一致性混合物在微孔分子筛上的吸附等温方程；基于实验所测单组分体系扩散系数，建立微孔分子筛传递扩散系数与吸附相浓度间的关系；阐明利用微观和宏观实验方法对同一体系所测扩散系数差异的内在原因；拓展和深化Maxwell-Stefan方程研究多组分体系在微孔分子筛中的扩散机理，修正和发展新的模型；发展表征分子筛的吸附和扩散性能的新理论和实验技术，项目的实施将极大地提升我国在此领域的研究水平和国际影响。预期可以解决在微孔分子筛吸附及扩散研究领域目前存在的若干重要科学问题，尤其在微孔分子筛上混合物的吸附、扩散速率与吸附相浓度间的关系等方面取得突破性进展。

本项目针对分子筛及其膜材料的制备及其用于吸附分离研究领域所共存的重要瓶颈科学问题展开了全面而深入的研究，对照项目任务书要求的目标，我们完成了下列指标：.1、发明了一种工艺简单、重复性好且产物品质优良的全硅型DD3R沸石分子筛的合成方法，该法可用于其它沸石分子筛的可控合成；.2、创新性地一步法合成了高度有序且具有高氨基负载量的介孔SBA-15材料，发展了氨基功能化有序介孔材料的合成方法，所合成的材料具有优良的吸附分离CO2性能；.3、创新性地提出了ZnO功能材料诱导生长高稳定性的无缺陷ZIF-8管式膜的制备技术方法，制备策略具有很好的重复性和可放大性，解决了有机－无机杂化膜材料制备中所共存的瓶颈科学问题，丰富了金属有机骨架（MOFs）膜材料的制备技术，所制备的ZIF-8膜有优异的稳定性和分离H2性能；.4、提出了包括具有“呼吸效应”的MIL-53和具有“闸门开启效应”的ZIF-7等分子筛材料上的吸附等温方程模型，发展了Maxwell-Stefan方程在模拟多组分体系吸附分离性能研究中的应用；.5、结合分子模拟技术，揭示了利用ZIF-7的“闸门开启效应”实现N2O/CO2混合气体高效分离的机制，丰富了对ZIFs材料中出现的“闸门开启效应”的理论诠释；.6、系统地研究了包括活性炭、沸石分子筛、氨基功能化介孔材料和MOFs（含ZIFs）等材料对CO2的吸附分离性能和评估方法，为CO2吸附剂的工业化应用提供了科学依据；.7、此外，开展了下列三方面的研究：1）新型分子筛膜包覆的核壳结构型催化剂的设计制备及其应用；2）高效杂原子分子筛催化剂的制备与反应过程强化；3）分子模拟技术在MOFs材料的吸附分离及发光性能研究中的应用。.本项目的相关研究成果在国际学术刊物上发表和接收研究论文79篇，其中SCI收录77篇；申请中国发明专利20项（其中授权专利3项）。相关深入研究论文正在整理和投递中，专利也在申请中。项目执行期间，共有7名博士生和28名硕士生从事这项研究工作，其中有3名博士生和23名硕士生参与了该项目的研究工作并已毕业。通过参加该重点基金项目的研究，培养了他们的科研能力，提高了他们的学术水平。.对照项目申请书中研究成果的指标，圆满完成了预期的任务，超额完成了预期的指标。