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我所制備富含開放微孔的新型硅基材料用于VOCs的高效脫除

  近日,我所低碳烴綜合利用及沸石催化材料研究組(DNL0804組)朱向學研究員和李秀杰研究員團隊在脫除不同分子尺寸的揮發性有機化合物(VOCs)吸附材料的研究方面取得新進展,制備了富含開放微孔的新型硅基材料用于VOCs的高效脫除。

  VOCs治理是大氣污染治理的重要組成部分,是我國改善空氣質量、打贏藍天保衛戰的重要抓手。吸附脫除或吸附脫除與燃燒法組合工藝是目前工業VOCs 廢氣處理最常用方法,其核心和關鍵在于高效吸附材料,尤其是在高濕氣氛、多組分復雜工況條件下高效大容量吸附材料的開發。

  針對常用沸石吸附材料(MFI、Y等)孔道結構單一,難以實現高濕氣氛下多組分VOCs高效吸附的問題,基于團隊近年來在沸石分子篩合成(Angew. Chem. Int. Ed.,2022;Micropor. Mesopor. Mater.,2022;J. Phys. Chem. Lett.,2021;ACS Appl. Mater. Interfaces,2021;Chin. J. Catal.,2021;J. Mater. Chem. A,2020;J. Mater. Chem. A,2019;J. Mater. Chem. A,2018等)和吸附材料(CN202011457664.2;CN202110184798.X;CN202111545453.9;CN202211446082.3等)研發基礎上,本工作中,該團隊提出了沸石晶化前驅體液可控水解和自組裝的合成策略,通過對水解過程(模板劑類型及含量、堿度等)和自組裝過程(干燥條件等)的調控,制備得到具有豐富開放微孔結構的新型硅基吸附材料(MIS),并實現了MIS材料孔結構的靈活調變。在優選條件下,團隊制備得到的MIS材料的微孔孔容約0.28cm3/g,且微孔分布較寬(0.5至2.0 nm),具有吸附不同分子尺寸VOCs的能力。

  研究發現,在高濕度條件下間二甲苯吸附過程中,MIS材料表現出較MCM-41、Silicalite-2、硅膠、SBA-15和多級孔ZSM-5等傳統吸附劑更優異的吸附性能,同時在多次循環吸附—脫附實驗中未見吸附量降低;在丙酮、異丙醇、甲苯、苯乙烯、間二甲苯和三甲苯等不同分子尺寸VOCs的吸附中均表現出優異的吸附性能。該工作為相關新型吸附材料的開發提供了新思路。

  相關工作以“Rational design of a novel Silica-Based material with abundant open micropores for efficient VOC removal”為題,于近日發表在Chemical Engineering Journal上。該工作的第一作者是我所DNL0804組博士研究生于強。該工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院STS區域重點項目等項目的資助。(文/李俊杰、于強 圖/于強)

  相關鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140077

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