基于金属间化合物多孔膜材料的高温气体过滤技术

２００６年第１３卷第６期化工生产与技术ＣｈｅｍｉｃａｌＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ!!!!!!"!"!!!!!!"!"来稿摘登目前，我国电力工业主要以火力发电为主，但其中的烟气净化主要是从环保方面考虑，要求不高，致使大量的热能和有用资源白白浪费掉。

整体煤气化和加压流化床２种联合循环发电技术是２１世纪最先进的节能、高效洁净煤技术，该项技术的应用可以促进我国资源、经济与环境的协调，实现其可持续发展。

洁净煤技术的关键是要将煤（烟道）气在高温下直接实现气固净化分离，这样既可以充分利用高温煤（烟道）气的显热和潜热来提高发电热效率，降低成本，又能满足环保要求。

要除去高温煤（烟道）气中的尘粒，必须要求所选陶瓷材料能承受高温（５００～９００℃）、高压（１．０～３．０ＭＰａ）以及脉冲反吹时因温度差突变而引起的热应力变化。

因此，如何选择一种具有优异性能的高温陶瓷过滤材料尤为重要。

１国内外发展现状高温气体除尘技术的开发研究始于上世纪７０年代，美国能源部开展了以无机膜过滤介质为主的高温气体过滤除尘技术的开发，德、日、英等发达国家也都开展了类似的研究工作。

其主要目标是实现被称之为跨世纪新技术的煤的洁净燃烧联合循环发电工艺技术（ＩＧＣＣ，ＰＦＢＣ）的商业化。

上世纪９０年代中期，高温气体过滤除尘技术取得了很大的进展。

首先是一批先进的高性能无机膜过滤材料的开发为高温气体过滤除尘技术的工业化应用奠定了基础；其次，高温除尘工艺技术的提高，如系统高温密封和过滤元件自保护密封技术，过滤元件再生技术，气体在线检测技术以及系统自动控制技术等等，也都大大推动了高温气体过滤除尘技术的工业化应用。

在无机膜高温气体除尘工艺方面，开发了纤维袋式、织状等柔性无机膜过滤器和试管式、交叉流式、蜂房式等刚性无机膜过滤器。

美国西屋公司生产的由氧化铝、氧化硼和氧化硅构成的ＡＢ３１２织状柔性无机膜过滤器，除尘效率达９９％以上［１］。

钛铝金属间化合物多孔膜材料标准1. 工艺规范膜材料应由钛铝金属间化合物（TiAl）制成，具有高比表面积和连通的孔隙结构。

膜的厚度应控制在10-200 μm范围内，孔隙率应大于60%。

孔径分布应均匀，介于10-100 nm之间。

膜应具有良好的机械强度和热稳定性。

2. 化学成分膜材料中钛（Ti）和铝（Al）的原子比应为1:1。

杂质元素的含量应低于1 wt%。

3. 物理特性膜的比表面积应大于100 m²/g。

孔隙率应通过氮气吸附-脱附法或压汞法测量。

孔径分布应通过扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）观测。

膜的机械强度应通过拉伸或弯曲测试测量。

膜的热稳定性应通过热重分析（TGA）或差示扫描量热法（DSC）测量。

4. 表面特性膜的表面应清洁，无污染物。

膜的表面化学组成应通过X射线光电子能谱（XPS）分析。

膜的表面能应通过接触角测量。

5. 测试方法膜的厚度可通过扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）测量。

膜的比表面积和孔隙率可通过氮气吸附-脱附法或压汞法测量。

孔径分布可通过扫描电子显微镜（SEM）或透射电子显微镜（TEM）观测。

膜的机械强度可通过拉伸或弯曲测试测量。

膜的热稳定性可通过热重分析（TGA）或差示扫描量热法（DSC）测量。

膜的表面化学组成可通过X射线光电子能谱（XPS）分析。

膜的表面能可通过接触角测量。

6. 应用领域钛铝金属间化合物多孔膜材料因其优异的性能而被广泛应用于以下领域：催化剂载体过滤材料传感器能源存储生物医学工程。

高温气体除尘技术的探讨一、前言近年来，我国在炼焦及煤发电行业中的污染日趋严重，高温气体除尘技术对于污染物的过滤具有很强的现实意义。

我国在高温除尘技术上虽然取得了很大的进步，但是还存在各自的问题，在一定的条件下还需要对高温气体除尘技术进行深入研究。

二、必要性目前，我国电力工业主要以火力发电为主，但其中的烟气净化主要是从环保方面考虑，要求不高，致使大量的热能和有用资源白白浪费掉。

因此，在现代工业生产中，高温含尘气体的净化除尘技术对于相关行业来说就显的意义重大。

高温气体除尘技术的研究开发始于上世纪70年代，传统的除尘方式多为湿法除尘，先将高温气体进行冷却，然后冷态下进行除尘，这样浪费了大量热资源。

而高温气体的直接净化除尘技术是实现高温气体资源综合利用的关键技术，也是一项先进的环保技術。

目前的直接高温除尘器主要有高温旋风除尘器，旋流式分离器（龙卷风除尘器），多管除尘器以及介质过滤除尘器等。

三、高温气体除尘技术概述高温气体除尘技术的核心是保护后续工艺设备的顺利运行和气体净化。

在诸多高温气体净化除尘工艺技术中，介质过滤净化除尘技术有许多显著的优点。

在实际操作中，多采用圆柱型过滤器.过滤器的滤芯一般采用刚性陶瓷或金属多孔材料。

介质过滤除尘工艺过程主要分为含尘气体的过滤、净化和过滤材料（介质）的再生两个阶段。

目前，国内外开发的介质过滤净化除尘装置中，滤材再生大多采用与过滤方向相反的脉冲反吹气流对滤芯进行在线反吹，使滤饼脱落进入集灰室，以实现过滤元件的再生。

在线脉冲反吹再生技术对维持滤芯正常工作和设备的连续运行起着重要作用，脉冲反吹再生条件的变化对滤芯寿命有很大影响。

四、高温气体除尘技术种类1、陶瓷高温除尘技术陶瓷过滤器属于高性能阻挡式过滤器，利用陶瓷材料的多孔性进行除尘。

过滤方式是吸附、表面过滤和深层过滤相结合的一种过滤方式，过滤原理主要为惯性冲撞、扩散和截留。

随着研究的逐步深入，陶瓷高温除尘技术取得了很大的进展，这主要体现在以下两个方面：（1）过滤元件的多样化多样化的过滤元件可以满足不同条件的除尘要求，主要有陶瓷纤维布袋过滤器、陶瓷纤维毯过滤器、试管式过滤器、蜂窝式过滤器。

高温除尘技术及其应用高温气体除尘技术是利用高温过滤介质（金属或陶瓷过滤材料）直接在高温条件下实现气体的除尘和净化，其突出优点是可以最大程度地利用气体的物理显热，提高能源利用率，实现高温条件下过程强化反应，实现气体的洁净排放，同时可以简化工艺过程，节省工艺设备投资，另外可以节约水资源，并避免了湿法除尘所带来的二次水污染。

高温气体除尘技术在能源、石油化工、钢铁、建材等工业领域有广阔的应用前景：整体联合循环发电技术：煤气化联合循环发电（IGCC）是一项跨世纪的发电新技术，煤气化产生的高温煤气经过高温除尘和净化后首先通过燃气透平发电，尾气通过余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机发电，构成联合循环发电，发电效率达45％～50％，较普通燃煤发电效率高5％～10％，同时污染物排放很低，是一种高效、清洁发电工艺。

高温除尘是其核心技术。

自20世纪80年代以来，各国竞相开展煤气化联合循环发电技术。

荷兰NUONPOWERBUGGENUM建立了25万kWIGCC工业示范电站，美国SOUTHERNCOMPANY和日本WAKAMATSU都建立了半工业示范电站。

中国华能集团“绿色煤电”工程也将在天津建立一座20万kW IGCC工业示范电站。

该项环保节能技术具有广阔的应用前景。

煤化工多联产技术：我国的能源状况是“缺油少气富煤”。

煤化工是煤炭的深加工产业，发展煤化工有利于推动我国石油替代能源发展战略的实施，有利于推动我国化学工业的结构调整，同时满足国民经济发展的需要。

煤炭属于低效率、高污染能源，传统的煤化工是高消耗、高污染、低效率即“两高一低”的低技术层次的行业。

现代煤化工以煤、水煤浆为原料，通过煤气化获得高温煤气，经过高温气体除尘和净化获得洁净合成气，其后续产品可以是甲醇、二甲醚、烯烃、氢、油或电等，这是一种低排放、高效率的洁净生产工艺。

近几年，Shell煤气化技术作为先进的洁净煤技术大举进入中国煤化工市场。

目前国内共有煤炭、电力、化工等14家企业投资上马17套Shell煤气化工业装置，以“煤头”代替“油头”生产合成气从而生产甲醇、合成氨乃至烯烃等化工产品。

工业和信息化部印发《大气污染防治重点工业行业清洁生产技术推行方案》文章属性•【制定机关】工业和信息化部•【公布日期】2014.07.02•【文号】工信部节[2014]273号•【施行日期】2014.07.02•【效力等级】部门规范性文件•【时效性】现行有效•【主题分类】正文工业和信息化部印发《大气污染防治重点工业行业清洁生产技术推行方案》（工信部节[2014]273号）各省、自治区、直辖市及计划单列市、新疆生产建设兵团工业和信息化主管部门，有关中央企业，有关行业协会：为贯彻落实《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》（国发〔2013〕37号，简称《大气十条》），推进重点工业行业企业实施清洁生产技术改造，降低大气污染物排放强度，促进大气环境质量持续改善，我们组织编制了《大气污染防治重点工业行业清洁生产技术推行方案》（以下简称《方案》），现印发给你们，并就落实《方案》提出如下要求：一、各地方工业和信息化主管部门要制定实施计划，加强政策支持，强化效果考核。

（一）加强调查研究，结合工业发展特点和大气污染防治要求，制定切实可行的清洁生产技术改造实施计划，明确目标、任务、完成时限和措施。

参考本《方案》提出清洁生产技术，指导重点行业企业实施清洁生产技术改造项目，大幅削减污染物产生量和排放量，促进本辖区重点行业到2017年排污强度比2012年下降30%以上。

中央企业清洁生产技术改造项目按所在辖区范围纳入实施计划。

请各省级工业和信息化主管部门于2014年11月底前将实施计划报我部。

（二）充分利用工业转型升级、技术改造、大气污染防治等专项资金以及地方财政资金，优先支持实施计划中清洁生产技术改造项目的实施。

（三）强化效果考核，保证实施计划落实。

督促企业抓紧实施技术改造，及时开展实施效果评估验收，建立项目实施效果与降低排污强度挂钩的评估考核机制，并作为大气污染防治行动计划实施情况考核的主要指标，每年2月底前向工业和信息化部报告实施情况。

金属有机骨架材料作为吸附剂在样品前处理研究中的文献综述目录一、内容综述 (2)1. 金属有机骨架材料的定义与特点 (3)2. 吸附剂在样品前处理中的重要性 (4)3. 金属有机骨架材料作为吸附剂的潜力与应用前景 (6)二、金属有机骨架材料的合成与表征 (7)1. 金属有机骨架材料的合成方法 (9)1.1 溶剂热法 (10)1.2 模板法 (11)1.3 离子交换法 (12)1.4 共沉淀法 (14)2. 合成过程中可能出现的问题的解决方法 (15)3. 金属有机骨架材料的结构表征 (16)3.1 X射线衍射 (18)3.2 扫描电子显微镜 (18)3.3 红外光谱 (20)3.4 拉曼光谱 (22)三、金属有机骨架材料作为吸附剂的吸附机理 (23)1. 金属有机骨架材料的表面化学性质 (25)2. 吸附质与吸附剂之间的相互作用 (26)3. 吸附过程中的动力学过程 (27)4. 吸附过程中的热力学过程 (29)四、金属有机骨架材料在样品前处理中的应用 (30)1. 水中重金属离子的去除 (32)2. 气体中有害物质的去除 (34)3. 生物样品中低浓度污染物的富集与检测 (35)4. 矿产资源中的有价金属的提取 (37)五、金属有机骨架材料作为吸附剂的优点与挑战 (37)六、结论与展望 (39)1. 总结金属有机骨架材料作为吸附剂在样品前处理中的研究进展402. 展望未来发展趋势与研究方向 (41)3. 对金属有机骨架材料在环境科学、生物医学等领域的应用提出建议42一、内容综述金属有机骨架材料（MetalOrganic Frameworks，MOFs）作为一种新兴的吸附剂，在样品前处理研究领域引起了广泛的关注。

本文旨在综述金属有机骨架材料在该领域的应用进展、关键研究成果以及未来发展方向。

MOFs作为吸附剂在样品前处理中的应用逐渐增多。

由于其具有高度可调的孔径、比表面积大、结构多样等特点，MOFs被广泛用于分离、纯化、富集等样品前处理过程。

金属有机框架材料在气体吸附与分离中的应用研究随着工业化进程的加快和能源需求的增长，气体吸附与分离技术在能源、环境和化工领域具有重要的应用价值。

金属有机框架材料（MOFs）作为一类新兴的多孔材料，具有极高的比表面积、可调控的孔尺寸和化学功能性，因此在气体吸附与分离方面表现出了巨大潜力。

本文将围绕金属有机框架材料在气体吸附与分离中的应用研究进行深入探讨。

一、MOFs的基本概念和结构特点金属有机框架材料，是由金属离子或羰基金属作为中心原子与有机配体通过络合作用形成的一类晶态或非晶态多孔材料。

MOFs具有结构可调性、巨大的内表面积、高度孔隙化等特点，使其在气体吸附与分离中具有独特的优势。

二、MOFs在气体吸附方面的应用MOFs的高度孔隙化和可调控的孔径结构，使其在气体吸附方面表现出了卓越的性能。

例如，在二氧化碳捕获和储存方面，MOFs具有优异的选择性和吸附容量，被认为是解决温室气体排放和碳捕获的有力候选材料。

此外，MOFs还可以用于低浓度气体的富集和分离，如气体储存与燃气分离等方面，展现了潜在的应用前景。

三、MOFs在气体分离方面的应用气体分离是利用不同气体在多孔材料中吸附与解吸行为差异实现气体分离的技术。

MOFs的多孔结构和可调控性质赋予了其在气体分离领域的巨大潜力。

研究者通过对MOFs进行结构和功能的调控，使其在气体分离中具有选择性吸附的作用，实现了针对性的气体分离。

例如，通过合成具有特定孔径和孔壁化学性质的MOFs，可以实现对不同分子尺寸和亲和力的气体的高效分离。

四、MOFs在其他领域的应用展望除了在气体吸附与分离领域的应用，MOFs还具有广泛的应用前景。

MOFs可以用作催化剂、传感器、药物载体等方面，在环境修复、能源储存等领域发挥重要作用。

例如，将MOFs用于水处理可以有效去除重金属离子和有机物质，具有良好的应用潜力。

综上所述，金属有机框架材料作为一类新兴的多孔材料，在气体吸附与分离中展现出了独特的优势和巨大的应用潜力。

无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究气体的吸附分离技术在环境保护、制造业、能源和化工等领域起着重要的作用。

而无机多孔材料作为一种具有特殊结构和优异性能的材料，被广泛研究和应用于气体吸附分离领域中。

无机多孔材料主要包括金属有机框架材料（MOFs）、磁性金属有机框架材料（MMOFs）、多孔金属氧化物和金属磷酸盐等。

这些材料具有高比表面积、可调控的孔径和孔体积以及良好的化学和热稳定性，使其具备了在气体吸附分离中得到广泛应用的潜力。

首先，无机多孔材料在气体吸附分离领域中的应用研究主要集中在二氧化碳吸附和分离方面。

随着全球变暖和温室气体排放的问题日益凸显，CO2的捕获和分离成为了一项迫切需要解决的问题。

无机多孔材料的超高比表面积和可调控的孔径使其成为理想的CO2吸附剂。

研究表明，MOFs、MMOFs和多孔金属氧化物等无机多孔材料在CO2吸附上表现出了出色的性能。

这些材料可以通过调节孔径和表面功能化来实现对CO2的高效吸附和分离。

其次，无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究还包括其他气体的吸附和分离。

例如，在天然气脱水和甲烷的分离中，无机多孔材料也展示出了出色的性能。

研究人员发现，一些MOFs和磷酸盐基材料具有优异的水蒸气吸附性能，可以高效地除去天然气中的水分。

此外，一些磁性无机多孔材料能够选择性吸附和分离甲烷，从而实现天然气中甲烷的高效提纯。

此外，无机多孔材料在气体分离中还可以用于空气净化、气体传感和储氢等领域。

例如，一些MOFs和多孔金属氧化物对有害气体如甲醛和苯具有良好的吸附性能，可以有效净化空气。

此外，研究人员还开发了一些基于无机多孔材料的气体传感器，可以检测和监测环境中的气体污染物。

此外，由于无机多孔材料具有高孔容量和孔径可调控的特点，它们也被广泛应用于氢气储存领域，为氢能的使用和储存提供了新的途径。

综上所述，无机多孔材料在气体吸附分离中的应用研究具有广泛的前景和重要意义。

这些材料以其优异的性能和可调控的孔结构，为气体吸附和分离提供了新的解决方案。

附件：《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录（2020年版）》供需对接指南之二除尘技术装备典型案例目录案例一：安徽欣创节能环保科技股份有限公司微孔膜除尘装备 (1)案例二：广州市合联科技发展有限公司离心水洗法空气中有害物质清洗装备 (4)案例三：江苏佰健环保科技有限公司碳酸氢钠微晶体磨料喷射清洗技术 (6)案例四：海城现代菱镁产业科技工程有限公司密闭多级熔尘碳气处理及资源化技术 (9)案例五：成都易态科技有限公司柔性膜除尘器 (12)案例六：福建龙净环保股份有限公司高温超净电袋复合除尘器 (15)案例七：中钢集团天澄环保科技股份有限公司预荷电袋式除尘器 (17)案例八：科林环保技术有限责任公司耐高温高湿高腐蚀袋式除尘器 (20)案例九：科林环保技术有限责任公司光棒生产线粉尘处理及回收装备 (23)案例十：大连兆和环境科技股份有限公司中大型压铸机烟气处理装备 (26)案例十一：潍坊天洁环保科技有限公司矿山粉尘治理成套设备 (29)案例十二：湖南九九智能环保股份有限公司工矿粉尘智能测控治成套装备 (32)案例十三：舟山万邦永跃船舶修造有限公司超高压水喷射钢材表面预处理技术 (35)案例一：安徽欣创节能环保科技股份有限公司微孔膜除尘装备一、技术适用范围适用于工业、矿山等领域潮湿环境粉尘收集处理。

二、技术原理及工艺使用膜过滤原理的除尘过滤材料，孔隙率大且均匀。

复合滤料憎水性好、强度大，清灰剥离率在98.4%～100%之间，水滴在膜的表面呈球形，稍加抖动即能滚落，配合振打清灰形式，清灰便利，能耗低。

采用模块化的除尘器滤料组件，维护方便且占地面积小，个别过滤框架的损坏，不影响滤料组件的整体性能。

工艺流程图三、技术指标最大孔径：2μm～3μm；孔隙率＞70%；除尘效率＞99.5%；粉尘（＞5μm）收集率：100%；粉尘（＞2μm）收集率≥96%；清灰剥离率：98.4%～100%；漏风率＜2%；出口浓度＜20mg/Nm3。

高性能气体分离膜材料的制备与性能研究气体分离技术在能源、化工、环保等领域具有重要的应用价值。

传统的气体分离方法包括吸附、凝聚、膜分离等，其中膜分离因其能耗低、操作简便等优点而备受关注。

而高性能气体分离膜材料的制备与性能研究则成为了近年来材料科学研究的热点之一。

高性能气体分离膜材料通常包含多孔介质和聚合物两个关键组成部分。

多孔介质能够增加膜材料的孔隙度和有效表面积，提高气体分离效率；而聚合物则能够选择性地吸附和传输特定气体分子。

因此，制备高性能气体分离膜材料的关键在于如何选择合适的多孔介质和聚合物，并合理组装二者以达到最佳的分离性能。

多孔介质的选择对气体分离膜材料的性能具有重要影响。

传统的多孔介质主要包括陶瓷、金属等，但其制备工艺复杂、成本高昂，限制了其在大规模工业应用中的推广。

近年来，纳米材料作为一种新型多孔介质材料，引起了广泛关注。

纳米多孔材料具有较大的比表面积和优良的机械性能，能够实现高效的气体分离。

常见的纳米多孔材料包括介孔硅、碳纳米管等。

将纳米多孔材料与聚合物相结合，不仅能够增加膜材料的孔隙度，还能够通过调节纳米多孔材料的孔径和表面性质，实现对特定气体的选择性分离。

聚合物的选择对气体分离膜材料的性能同样重要。

传统的聚合物膜材料如聚醚砜（PES）和聚乙烯醇（PVA）等存在着吸湿性强、稳定性差等问题，限制了其在实际应用中的推广。

为了克服这些问题，近年来研究人员提出了一系列新型聚合物材料。

例如，聚氨酯材料因其良好的耐热性和化学稳定性被广泛应用于气体分离膜的制备。

此外，有机-无机杂化材料作为一种新型聚合物材料，具有优异的分离性能和机械性能，被认为是开发高性能气体分离膜材料的有潜力的选择。

制备高性能气体分离膜材料的方法也有多种多样。

传统的制备方法包括溶液浇铸、热压法等，虽然容易实施，但其制备的膜材料质量和性能往往较低。

因此，近年来研究人员提出了一系列新的制备方法。

例如，膜分形共混法通过在多孔介质表面共混聚合物溶液并经过化学反应，实现了膜材料的原位制备，提高了膜材料的分离性能。

在不同温度下含铜的MOFs材料Cu-BTC对CO2的吸附研究摘要：利用溶剂热法，均苯三甲酸（H3btc）用做有机配体与硝酸铜进行溶剂热反应合成了金属有机骨架（MOFs，Metal Organic Framworks）材料Cu-BTC。

通过BET比表面分析、X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、热重分析（TG）、差热分析（DSC）等分析技术对其结构进行了表征。

重点考察了在不同温度条件下Cu-BTC对CO2的变压吸附（PSA）性能，发现Cu-BTC对CO2具有较高的吸附容量，且在不同压力对应CO2吸附量的吸附等温线上出现了一个特定的拐点；有趣的是首次发现该吸附曲线拐点所对应的CO2吸附量随温度升高呈现很好的线性变化趋势，有助于MOFs微孔结构材料Cu-BTC在气体的吸附与分离领域的应用。

关键词：金属-有机骨架;气体吸附;二氧化碳;变压吸附Abstract: using solvent hot method, all three were acid (H3btc) used as Organic ligands and nitric acid copper for the synthesis of Organic solvent flavoring substances Metal skeleton (MOFs, Metal Organic Framworks) material Cu-BTC. Through the BET surface analysis, than the X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TG), differential thermal analysis (DSC) analysis technology to the structures were characterized. The author in different temperature condition of Cu-BTC CO2 pressure swing adsorption (PSA) change performance, find that the Cu-BTC to CO2 has high adsorption capacity, and the corresponding with different pressure CO2 adsorption DengWenXian adsorption of appeared on a specific inflection point; Interesting is the first found that the adsorption curve inflection point of the corresponding CO2 adsorption increased with temperature present good linear change trend, help MOFs microporous structure material Cu-BTC in gas adsorption and separating fields.Keywords: metal-organic skeleton; Gas adsorption; Carbon dioxide; Variable pressure adsorption*通讯联系人. 黎维彬教授.本项目得到国家科技支撑计划（2008BADC4B12）的资助。