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西安交通大學楊慶遠課題組Angew：鎳基-MOF材料用于煤層氣分離

西安交通大學楊慶遠課題組Angew：鎳基-MOF材料用于煤層氣分離

發(fā)布日期：2023-09-11 來源：貝士德儀器

? ? 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(chǎn)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(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。
? ? 近日，西安交通大學楊慶遠課題組開發(fā)了系列鎳基-金屬有機框架（MOF）材料，實現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮氣的高效分離。該成果發(fā)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為Angewandte Chemie的封面文章和熱點論文 (Hot paper)。

? ? 在這個工作中，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 cm3 g-1 s-1）的特點, 較好地解決了氣體分離領(lǐng)域的“trade-off”效應(yīng)。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的作用力，可以從低濃度煤層氣中選擇性地捕獲甲烷分子。

? ? Ni(ina)2具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，經(jīng)過幾十次煤層氣循環(huán)吸附-脫附實驗后，Ni(ina)2的性能依舊保持不變。另外，Ni(ina)2由非常便宜的工業(yè)原料制備而成，通過和企業(yè)合作，目前已實現(xiàn)批量化制備。綜上所述，Ni(ina)2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。



識別二維碼查看原文


Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity

Shao-Min Wang, Mohana Shivanna, Qing-Yuan Yang
Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202201017
導(dǎo)師介紹


楊慶遠，西安交通大學教授，博士生導(dǎo)師

楊慶遠，西安交通大學教授，博士生導(dǎo)師，陜西省高層次人才，中國晶體學會青年委員會委員，陜西省納米科技學會理事會理事，西安交通大學青年拔尖人才，西安交大化工學院學術(shù)委員會委員。擔任《Chinese Chemical Letters》（中國化學快報）青年編委。
2011年于中山大學獲得博士學位，師從蘇成勇教授；2011-2018年，作為博士后或訪問學者先后在法國斯特拉斯堡大學、愛爾蘭利默里克大學和日本京都大學工作，合作導(dǎo)師分別是Jean-Marie Lehn 院士（諾貝爾化學獎得主），Mike Zaworotko院士和Susumu Kitagawa 院士；2018年9月加入西安交通大學工作至今。長期從事多孔框架材料的研究，在 Angew. Chem. Int. Ed.、Science Advances、J. Am. Chem. Soc.等高水平期刊發(fā)表論文40余篇。
楊慶遠教授
https://www.x-mol.com/university/faculty/66029
課題組主頁
http://gr.xjtu.edu.cn/web/qingyuan.yang

西安交通大學楊慶遠課題組Angew：鎳基-MOF材料用于煤層氣分離

發(fā)布日期：2023-09-11 來源：貝士德儀器

? ? 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(chǎn)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(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。
? ? 近日，西安交通大學楊慶遠課題組開發(fā)了系列鎳基-金屬有機框架（MOF）材料，實現(xiàn)了煤層氣中甲烷和氮氣的高效分離。該成果發(fā)表于國際知名期刊《德國應(yīng)用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為Angewandte Chemie的封面文章和熱點論文 (Hot paper)。

? ? 在這個工作中，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 cm3 g-1 s-1）的特點, 較好地解決了氣體分離領(lǐng)域的“trade-off”效應(yīng)。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的作用力，可以從低濃度煤層氣中選擇性地捕獲甲烷分子。

? ? Ni(ina)2具有很好的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，經(jīng)過幾十次煤層氣循環(huán)吸附-脫附實驗后，Ni(ina)2的性能依舊保持不變。另外，Ni(ina)2由非常便宜的工業(yè)原料制備而成，通過和企業(yè)合作，目前已實現(xiàn)批量化制備。綜上所述，Ni(ina)2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。



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Nickel-Based Metal–Organic Frameworks for Coal-Bed Methane Purification with Record CH4/N2 Selectivity

Shao-Min Wang, Mohana Shivanna, Qing-Yuan Yang
Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202201017
導(dǎo)師介紹


楊慶遠，西安交通大學教授，博士生導(dǎo)師

楊慶遠，西安交通大學教授，博士生導(dǎo)師，陜西省高層次人才，中國晶體學會青年委員會委員，陜西省納米科技學會理事會理事，西安交通大學青年拔尖人才，西安交大化工學院學術(shù)委員會委員。擔任《Chinese Chemical Letters》（中國化學快報）青年編委。
2011年于中山大學獲得博士學位，師從蘇成勇教授；2011-2018年，作為博士后或訪問學者先后在法國斯特拉斯堡大學、愛爾蘭利默里克大學和日本京都大學工作，合作導(dǎo)師分別是Jean-Marie Lehn 院士（諾貝爾化學獎得主），Mike Zaworotko院士和Susumu Kitagawa 院士；2018年9月加入西安交通大學工作至今。長期從事多孔框架材料的研究，在 Angew. Chem. Int. Ed.、Science Advances、J. Am. Chem. Soc.等高水平期刊發(fā)表論文40余篇。
楊慶遠教授
https://www.x-mol.com/university/faculty/66029
課題組主頁
http://gr.xjtu.edu.cn/web/qingyuan.yang