聯(lián)合實(shí)驗室簡介
先進(jìn)吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實(shí)驗室成立于2019年,,由西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院與貝士德儀器主導(dǎo),,以建立吸附分離領(lǐng)域國際領(lǐng)先水平的實(shí)驗室為目標(biāo),。
目前“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室已經(jīng)裝備多款國際先進(jìn)的吸附分離儀器設(shè)備,,包括BSD-PS比表面積及孔徑分析儀,,BSD-PM高性能比表面積及微孔分析儀,,BSD-PMC腐蝕性氣體吸附分析儀,BSD-PH全自動高溫高壓氣體吸附儀,,BSD-VVS多站重量法真空蒸汽吸附儀,,BSD-MAB多組分吸附穿透曲線分析儀,,BSD-MASS在線質(zhì)譜氣體分析系統(tǒng)等,。
馬和平
西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院,特聘研究員,,博士生導(dǎo)師,,材料化工所副所長。省部級高層次人才青年項目,,西安交通大學(xué)“青年拔尖人才”,。
楊慶遠(yuǎn)
西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院,教授,博士生導(dǎo)師,,省部級高層次人才,,西安交通大學(xué)“青年拔尖人才”,西安交通大學(xué)“青年教師跟蹤支持”計劃,。
柳劍峰
西安交大研究生院,,校外合作特聘指導(dǎo)教師。貝士德儀器總經(jīng)理,,總工程師,。
西交大化工學(xué)院-貝士德儀器?先進(jìn)吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實(shí)驗室?近一年多時間,在國際和國內(nèi)期刊上共發(fā)表學(xué)術(shù)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(lǐng)域?涉及質(zhì)子傳導(dǎo)、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(lǐng)域,。以下例舉“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室近年發(fā)表的部分精彩文章:
本研究工作以共價有機(jī)骨架(COF)為功能性平臺,,同時將陰、陽離子官能團(tuán)引入到COF孔道中,實(shí)現(xiàn)了兩性離子概念與多孔結(jié)晶材料的結(jié)合,。兩性離子COF內(nèi)同時具備陰,、陽離子位點(diǎn)排列的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在納米通道內(nèi)的電荷密度調(diào)節(jié),允許對其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行原子水平調(diào)控,,這給設(shè)計具備功能導(dǎo)向的材料提供了新的思路,。文中設(shè)計并合成了三種兩性離子COF材料,作為多孔主體在SO2/CO2氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo)領(lǐng)域均展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力,。兩性離子COF孔道內(nèi)分散的正,、負(fù)電荷基團(tuán)可以作為SO2的兩種不同的極性位點(diǎn),使其實(shí)現(xiàn)了高SO2吸附量及突出的SO2/CO2分離性能,。此外,,相反電荷片段的組合賦予了兩性離子COF豐富的離子遷移位點(diǎn),使其在負(fù)載三氮唑,、咪唑后實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)性能,。理論計算與介電常數(shù)分析相結(jié)合,證實(shí)了COF孔道內(nèi)陽離子和陰離子基團(tuán)的存在能夠有效促進(jìn)質(zhì)子載體中質(zhì)子的釋放,。我們相信兩性離子在COF材料中的成功結(jié)合可以為COF的各種應(yīng)用提供無限的可能,。
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(jié)構(gòu)的兩性離子型COFs合成示意圖(注:陰離子和陽離子位點(diǎn)分別用藍(lán)色和黃色標(biāo)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)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)(IF=15.336)上,,并被選為Angewandte Chemie 封面文章和熱點(diǎn)論文,。化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院博士生王少敏為論文第一作者,,楊慶遠(yuǎn)教授為本文通訊作者,,西安交通大學(xué)化工學(xué)院為論文唯一通訊作者單位。
實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),,天然氣是目前最現(xiàn)實(shí)的低碳清潔能源,,但我國常規(guī)天然氣產(chǎn)能不足,需開發(fā)煤層氣等非常規(guī)天然氣作為補(bǔ)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(nèi)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(shù)(井下抽采)的原因混入了大量的空氣,導(dǎo)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(fèi)和溫室效應(yīng)。所以現(xiàn)階段煤層氣的分離與提濃技術(shù)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(guān)鍵節(jié)點(diǎn),。針對上述問題,西安交通大學(xué)化工學(xué)院楊慶遠(yuǎn)教授課題組研發(fā)了系列鎳基-金屬有機(jī)框架(MOF)材料,,其中超微孔MOF材料Ni(ina)2具有甲烷/氮?dú)膺x擇性高(15.8),、吸附容量大(46.7 cm3/g)和分子擴(kuò)散速率快(10.6-19.0 cm3g-1s-1)的特點(diǎn),較好地解決了氣體分離領(lǐng)域的“trade-off”效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮?dú)獾母咝Х蛛x,。理論模擬計算和單晶結(jié)構(gòu)解析表明Ni(ina)2和甲烷分子之間存在較強(qiáng)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(xué)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,。
更多精彩
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07178
J. Mater. Chem. A???(IF = 14.511)
https://doi.org/10.1039/D0TA04488A
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132480
《化工進(jìn)展》
https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0689
Separation and Purification Technology???(IF = 9.136)
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119349
Separation and Purification Technology??(IF = 9.136)
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118164
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131271
Separation and Purification Technology??( IF = 9.136)
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120739
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c01604
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01098
https://doi.org/10.1021/acsami.2c10050
https://doi.org/10.1002/anie.202207066
https://doi.org/10.1002/ange.202201017
ACS Applied Materials & Interfaces??(IF=10.38)
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c12164
Separation and Purification Technology??(IF=9.13)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586622019335
ACS Catalysis ?(IF=13.7)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c04588
中國首個“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室成立
西安交大化工學(xué)院-貝士德儀器“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室研究成果匯總
西交大化工學(xué)院-貝士德先進(jìn)吸附分離技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗室承辦丨低碳能源化工國際會議圓滿落幕
聯(lián)合實(shí)驗室簡介
先進(jìn)吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實(shí)驗室成立于2019年,由西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院與貝士德儀器主導(dǎo),,以建立吸附分離領(lǐng)域國際領(lǐng)先水平的實(shí)驗室為目標(biāo),。
目前“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室已經(jīng)裝備多款國際先進(jìn)的吸附分離儀器設(shè)備,包括BSD-PS比表面積及孔徑分析儀,,BSD-PM高性能比表面積及微孔分析儀,,BSD-PMC腐蝕性氣體吸附分析儀,BSD-PH全自動高溫高壓氣體吸附儀,,BSD-VVS多站重量法真空蒸汽吸附儀,,BSD-MAB多組分吸附穿透曲線分析儀,BSD-MASS在線質(zhì)譜氣體分析系統(tǒng)等,。
馬和平
西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院,,特聘研究員,博士生導(dǎo)師,,材料化工所副所長,。省部級高層次人才青年項目,西安交通大學(xué)“青年拔尖人才”,。
楊慶遠(yuǎn)
西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院,,教授,,博士生導(dǎo)師,省部級高層次人才,,西安交通大學(xué)“青年拔尖人才”,,西安交通大學(xué)“青年教師跟蹤支持”計劃。
柳劍峰
西安交大研究生院,,校外合作特聘指導(dǎo)教師,。貝士德儀器總經(jīng)理,總工程師,。
西交大化工學(xué)院-貝士德儀器?先進(jìn)吸附分離技術(shù) 聯(lián)合實(shí)驗室?近一年多時間,,在國際和國內(nèi)期刊上共發(fā)表學(xué)術(shù)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(lǐng)域?涉及質(zhì)子傳導(dǎo),、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(lǐng)域,。以下例舉“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室近年發(fā)表的部分精彩文章:
本研究工作以共價有機(jī)骨架(COF)為功能性平臺,,同時將陰,、陽離子官能團(tuán)引入到COF孔道中,,實(shí)現(xiàn)了兩性離子概念與多孔結(jié)晶材料的結(jié)合。兩性離子COF內(nèi)同時具備陰,、陽離子位點(diǎn)排列的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)在納米通道內(nèi)的電荷密度調(diào)節(jié),,允許對其結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行原子水平調(diào)控,,這給設(shè)計具備功能導(dǎo)向的材料提供了新的思路,。文中設(shè)計并合成了三種兩性離子COF材料,作為多孔主體在SO2/CO2氣體分離及無水質(zhì)子傳導(dǎo)領(lǐng)域均展現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力,。兩性離子COF孔道內(nèi)分散的正,、負(fù)電荷基團(tuán)可以作為SO2的兩種不同的極性位點(diǎn),,使其實(shí)現(xiàn)了高SO2吸附量及突出的SO2/CO2分離性能。此外,相反電荷片段的組合賦予了兩性離子COF豐富的離子遷移位點(diǎn),,使其在負(fù)載三氮唑、咪唑后實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的質(zhì)子傳導(dǎo)性能,。理論計算與介電常數(shù)分析相結(jié)合,,證實(shí)了COF孔道內(nèi)陽離子和陰離子基團(tuán)的存在能夠有效促進(jìn)質(zhì)子載體中質(zhì)子的釋放。我們相信兩性離子在COF材料中的成功結(jié)合可以為COF的各種應(yīng)用提供無限的可能,。
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(jié)構(gòu)的兩性離子型COFs合成示意圖(注:陰離子和陽離子位點(diǎn)分別用藍(lán)色和黃色標(biāo)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)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem. Int. Ed.)(IF=15.336)上,并被選為Angewandte Chemie 封面文章和熱點(diǎn)論文,?;瘜W(xué)工程與技術(shù)學(xué)院博士生王少敏為論文第一作者,楊慶遠(yuǎn)教授為本文通訊作者,,西安交通大學(xué)化工學(xué)院為論文唯一通訊作者單位,。
實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo),天然氣是目前最現(xiàn)實(shí)的低碳清潔能源,,但我國常規(guī)天然氣產(chǎn)能不足,,需開發(fā)煤層氣等非常規(guī)天然氣作為補(bǔ)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(nèi)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(shù)(井下抽采)的原因混入了大量的空氣,,導(dǎo)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(fèi)和溫室效應(yīng),。所以現(xiàn)階段煤層氣的分離與提濃技術(shù)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(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。針對上述問題,,西安交通大學(xué)化工學(xué)院楊慶遠(yuǎn)教授課題組研發(fā)了系列鎳基-金屬有機(jī)框架(MOF)材料,,其中超微孔MOF材料Ni(ina)2具有甲烷/氮?dú)膺x擇性高(15.8)、吸附容量大(46.7 cm3/g)和分子擴(kuò)散速率快(10.6-19.0 cm3g-1s-1)的特點(diǎn),較好地解決了氣體分離領(lǐng)域的“trade-off”效應(yīng),,實(shí)現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮?dú)獾母咝Х蛛x,。理論模擬計算和單晶結(jié)構(gòu)解析表明Ni(ina)2和甲烷分子之間存在較強(qiáng)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(xué)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。
更多精彩
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c07178
J. Mater. Chem. A???(IF = 14.511)
https://doi.org/10.1039/D0TA04488A
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.132480
《化工進(jìn)展》
https://doi.org/10.16085/j.issn.1000-6613.2022-0689
Separation and Purification Technology???(IF = 9.136)
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2021.119349
Separation and Purification Technology??(IF = 9.136)
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.118164
https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131271
Separation and Purification Technology??( IF = 9.136)
https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.120739
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.2c01604
https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.2c01098
https://doi.org/10.1021/acsami.2c10050
https://doi.org/10.1002/anie.202207066
https://doi.org/10.1002/ange.202201017
ACS Applied Materials & Interfaces??(IF=10.38)
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.2c12164
Separation and Purification Technology??(IF=9.13)
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1383586622019335
ACS Catalysis ?(IF=13.7)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c04588
中國首個“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室成立
西安交大化工學(xué)院-貝士德儀器“先進(jìn)吸附分離技術(shù)”聯(lián)合實(shí)驗室研究成果匯總
西交大化工學(xué)院-貝士德先進(jìn)吸附分離技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗室承辦丨低碳能源化工國際會議圓滿落幕