基于甲烷氮气分离的柔性金属有机骨架(MOFs)性能研究

【摘要】：天然气是气体能源的重要组成,而我国常规天然气产能严重不足,缺口达900亿立方米。煤层气(CBM)是非常规天然气的重要组成,作为常规天然气的重要补充,越来越引起人们的广泛关注。煤层气来源分为两种:地面直采,甲烷(CH_4)浓度高于90%可直接利用;井下抽采,CH_4浓度低于30%(低浓煤层气),至今无法得到有效利用,造成了严重的资源浪费与环境污染。高效利用低浓煤层气,CH_4/N_2分离是关键。而传统吸附剂对CH_4/N_2的吸附选择性低,很难分离。本研究基于柔性MOFs高的CH_4/N_2吸附选择性,对其应用于低浓煤层气中CH_4/N_2分离进行了深入研究。柔性MOFs材料在吸附气体时会发生独特的阶梯吸附现象,在特定的温度和压力下,对不同气体显示出很高的吸附选择性。总结国内外文献发现,研究者们表示柔性MOFs具有气体分离的潜力,但都是基于对其单气体吸附曲线的预测,并没有实际的分离实验证明[1]。而在2010年,Kitagawa小组曾研究柔性MOFs用于分离CO_2/CH_4,但实验未成功~([2])。为此我们详细的研究了柔性MOFs的气体吸附特性,发现柔性MOFs在吸附气体时会发生体积膨胀现象。并根据柔性MOFs体积形变特点,设计并搭建了柔性MOFs气体分离装置(己申报国家发明专利),如图1。基于该装置,我们成功实现了柔性MOFs对于CH_4/N_2混合气的分离,穿透曲线如图2所示。进一步,我们考察了柔性MOFs的循环使用寿命,结构稳定性,以及水蒸气影响等。结果表明,柔性MOFs具有优良的性能,在气体分离领域显示出巨大潜力。 【作者单位】：太原理工大学
【关键词】：非常规天然气 柔性金属有机骨架 甲烷氮气分离
【基金】：国家自然科学基金(21136007,51302184) 973计划前期研究专项(2014CB260402)
【分类号】：TQ424
【正文快照】： 图1.柔性M O Fs气体分离装置图2.CH4/N2(1:1)混合气在柔性M O Fs的分离曲线基于甲烷氮气分离的柔性金属有机骨架(MOFs)性能研究@李立博$太原理工大学!山西太原,邮编:030024 @杨江峰$太原理工大学!山西太原,邮编:030024 @王勇$太原理工大学!山西太原,邮编:030024 @李晋平

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