西安交大化工學院-貝士德儀器“先進吸附分離技術"聯(lián)合實驗室研究成果匯總

  西交大化工學院-貝士德儀器 先進吸附分離技術 聯(lián)合實驗室 近一年多時間，在國際和國內期刊上共發(fā)表學術論文約18篇，包括Angewandte Chemie，Chemical Engineering Journal，ACS Catalysis，ACS Nano，Chem. Eng. J.，J. Mater. Chem. A 等,其中影響因子大于10的有 9 篇，JCR一區(qū)文章 15 篇。研究領域 涉及質子傳導、二氧化硫和芳香族硫化物捕獲、煙氣脫硫耦合脫碳、煙道氣中SO2捕集、電子特氣（SF6、NF3、CF4、Xe、Kr等）分離、煤層氣分離、溫室氣體六氟化硫捕獲（SF₆、CF₄、NF₃等）、烷烯烴分離、光催化CO2還原等多個領域。以下例舉“先進吸附分離技術"聯(lián)合實驗室近年發(fā)表的部分精彩文章：

圖 . (a) 離子型聚合物、兩性離子型聚合物、離子型COFs和兩性離子型COFs示意圖；(b) 三種不同結構的兩性離子型COFs合成示意圖（注：陰離子和陽離子位點分別用藍色和黃色標記）。

該研究成果以 “Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity" 為題發(fā)表于國際期刊《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed.)(IF=15.336)上，并被選為Angewandte Chemie 封面文章和熱點論文。化學工程與技術學院博士生王少敏為論文第一作者，楊慶遠教授為本文通訊作者，西安交通大學化工學院為論文通訊作者單位。

實現(xiàn)雙碳目標，天然氣是目前最現(xiàn)實的低碳清潔能源，但我國常規(guī)天然氣產能不足，需開發(fā)煤層氣等非常規(guī)天然氣作為補充。煤層氣俗稱“瓦斯"，其主要成分是甲烷，是一種與煤共生、以吸附態(tài)存儲于煤層內的非常規(guī)天然氣，我國煤層氣儲量豐富，2020年探明的儲量約為4200億立方米。但超過70%的煤層氣在開采時，由于開采技術（井下抽采）的原因混入了大量的空氣，導致形成了低濃度的煤層氣（甲烷濃度＜30%）而得不到很好的利用，低濃度的煤層氣一般被直接排放到大氣，造成了資源浪費和溫室效應。所以現(xiàn)階段煤層氣的分離與提濃技術已成為煤層氣開發(fā)和利用的行業(yè)瓶頸問題，是需要攻克的關鍵節(jié)點。針對上述問題，西安交通大學化工學院楊慶遠教授課題組研發(fā)了系列鎳基-金屬有機框架（MOF）材料，其中超微孔MOF材料Ni(ina)₂具有甲烷/氮氣選擇性高（15.8）、吸附容量大（46.7 cm³/g）和分子擴散速率快（10.6-19.0 cm3g^-1s^-1）的特點,較好地解決了氣體分離領域的“trade-off"效應，實現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮氣的高效分離。理論模擬計算和單晶結構解析表明Ni(ina)2和甲烷分子之間存在較強的作用力，可以從低濃度煤層氣中選擇性地捕獲甲烷分子。另外，Ni(ina)2具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，可以批量化制備，是一種理想的固體吸附劑，該工作為工業(yè)上煤層氣的分離提供了新思路。