低濃煤層氣中CH₄的富集回收利用,CH₄/N₂的分離是關鍵。高效節(jié)能的吸附分離法,其關鍵因素是CH₄/N₂高效吸附劑的制備。沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)是一類具有沸石拓撲結構的金屬有機骨架材料(MOFs)。ZIFs材料結合了沸石和MOFs這兩種材料的優(yōu)點:高的穩(wěn)定性以及結構和功能的可調性,已廣泛應用于吸附分離、催化等領域的研究。而ZIFs結構中咪唑環(huán)上的取代基團種類和位置的變化可能提高ZIFs材料對CH₄/N₂的吸附分離選擇性。本論文致力于通過所合成ZIFs材料的咪唑配體中的基團的種類和取代位置的變化與其對CH₄/N₂的吸附選擇性關系,優(yōu)選出提高ZIFs材料CH₄/N₂的吸附選擇性的咪唑衍生物,合成出性能優(yōu)良的ZIFs材料。在獲得比較高的吸附選擇性的材料之后,開展CH₄/N₂混合氣分離的測試。主要的研究...

【文章頁數(shù)】：98 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文獻綜述
    1.1 煤層氣背景簡介
    1.2 CH₄與N₂的物理性質比較
    1.3 CH₄/N₂分離技術
        1.3.1 低溫精餾技術
        1.3.2 溶液吸收技術
        1.3.3 膜分離技術
        1.3.4 吸附分離技術
    1.4 CH₄/N₂吸附分離材料簡介
        1.4.1 碳材料
        1.4.2 分子篩
        1.4.3 金屬有機骨架材料(MOFs)
    1.5 沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)
        1.5.1 ZIFs的結構特點
        1.5.2 ZIFs材料的合成方法
            1.5.2.1 溶劑熱法
            1.5.2.2 水熱合成法
            1.5.2.3 其他的合成方法
        1.5.3 ZIFs的CH₄/N₂吸附分離研究現(xiàn)狀
    1.6 選題背景依據(jù)與研究內容
    1.7 課題來源
第二章 實驗部分
    2.1 實驗試劑與儀器
        2.1.1 實驗試劑
        2.1.2 實驗儀器與設備
    2.2 表征方法和測試手段
        2.2.1 粉末X射線衍射分析(PXRD)
        2.2.2 掃描電子顯微鏡分析(SEM)
        2.2.3 熱重分析(TG)
        2.2.4 傅立葉變換紅外光譜分析(FT-IR)
        2.2.5 比表面積和孔徑分布(N₂吸附-脫附等溫線)
        2.2.6 靜態(tài)氣體吸附測試(IGA)
    2.3 CH₄/N₂二元混氣固定床動態(tài)穿透分離裝置與測試過程
        2.3.1 CH₄/N₂動態(tài)穿透分離裝置
        2.3.2 測試過程
    2.4 CH₄/N₂吸附分離的計算方法
        2.4.1 CH₄/N₂吸附分離比的計算方法
        2.4.2 CH₄/N₂吸附分離選擇性的計算方法
第三章 典型ZIFs材料的合成與CH₄/N₂吸附分離性能研究
    3.1 引言
    3.2 典型ZIFs材料的合成及表征
        3.2.1 ZIF-8 的合成及表征
            3.2.1.1 PXRD表征
            3.2.1.2 SEM表征
            3.2.1.3 TG分析
            3.2.1.4 FT-IR表征
            3.2.1.5 N₂吸附-脫附等溫線
            3.2.1.6 ZIF-8 的CH₄、N₂靜態(tài)吸附測試
        3.2.2 ZIF-90 的合成及表征
            3.2.2.1 PXRD表征
            3.2.2.2 SEM表征
            3.2.2.3 TG分析
            3.2.2.4 FT-IR表征
            3.2.2.5 N₂吸附-脫附等溫線
            3.2.2.6 ZIF-90 的CH₄、N₂靜態(tài)吸附測試
        3.2.3 SIM-1 的合成及表征
            3.2.3.1 PXRD表征
            3.2.3.2 SEM表征
            3.2.3.3 TG分析
            3.2.3.4 FT-IR表征
            3.2.3.5 N₂吸附-脫附等溫線
            3.2.3.6 SIM-1 的CH₄、N₂靜態(tài)吸附測試
        3.2.4 ZIF-93 的合成及表征
            3.2.4.1 PXRD表征
            3.2.4.2 SEM表征
            3.2.4.3 TG分析
            3.2.4.4 FT-IR表征
            3.2.4.5 N₂吸附-脫附等溫線
            3.2.4.6 ZIF-93 的CH₄、N₂靜態(tài)吸附測試
        3.2.5 ZIF-25 的合成及表征
            3.2.5.1 PXRD表征
            3.2.5.2 SEM表征
            3.2.5.3 TG分析
            3.2.5.4 FT-IR表征
            3.2.5.5 N₂吸附-脫附等溫線
            3.2.5.6 ZIF-25 的CH₄、N₂靜態(tài)吸附測試
    3.3 典型ZIFs材料的CH₄/N₂吸附分離性能比較
        3.3.1 ZIF-8, ZIF-90, SIM-1(相同SOD結構而基團不同)對CH₄/N₂吸附分離選擇性比較
            3.3.1.1 ZIF-8, ZIF-90, SIM-1 的結構圖對比
            3.3.1.2 ZIF-8, ZIF-90, SIM-1 的CH₄/N₂吸附分離性能對比
            3.3.1.3 ZIF-8, ZIF-90, SIM-1 的CH₄/N₂吸附分離選擇性對比
        3.3.2 SIM-1, ZIF-93(相同基團而結構不同)的CH₄/N₂吸附分離選擇性比較
            3.3.2.1 SIM-1, ZIF-93 的結構圖對比
            3.3.2.2 SIM-1, ZIF-93 的CH₄/N₂吸附分離性能對比
            3.3.2.3 SIM-1, ZIF-93 的CH₄/N₂吸附分離選擇性對比
        3.3.3 ZIF-25, ZIF-93 (相同RHO結構而基團不同) 的CH₄/N₂吸附分離選擇性比較
            3.3.3.1 ZIF-25, ZIF-93 的結構圖對比
            3.3.3.2 ZIF-25, ZIF-93 的CH₄/N₂吸附分離性能對比
            3.3.3.3 ZIF-25, ZIF-93 的CH₄/N₂吸附分離選擇性對比
    3.4 本章小結
第四章 ZIF-8 和SIM-1 的CH₄/N₂穿透分離性能及拓展研究
    4.1 引言
    4.2 ZIF-8 和SIM-1 顆粒的制備
    4.3 SIM-1 和ZIF-8 的CH₄/N₂混合氣體穿透分離性能研究
    4.4 ZIF-8 的配體交換合成改性及性能測試
        4.4.1 5-甲基咪唑4甲醛(Im-4CHO-5CH₃)交換ZIF-8 結構的 2-甲基咪唑(Im-2CH₃)的合成改性
        4.4.2 5-甲基咪唑4甲醛(Im-4CHO-5CH₃)交換ZIF-8 結構的 2-甲基咪唑(Im-2CH₃)的合成改性表征
        4.4.3 5-甲基咪唑4甲醛(Im-4CHO-5CH₃)交換ZIF-8 結構的 2-甲基咪唑(Im-2CH₃)的合成改性樣品的CH₄, N₂靜態(tài)吸附測試
    4.5 本章小結
第五章 全文結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望及建議
參考文獻
致謝
碩士期間發(fā)表的論文



本文編號：3892477