当前位置: 节能环保 » 大气治理 » 空气净化 » 正文

华人科学家开发出MOFs新材料 可将汽车尾气转化为化学品

日期:2019-12-03    来源:高分子科学前沿

国际节能环保网

2019
12/03
08:34

关键词: 空气净化 汽车尾气 汽车尾气转化

   众所周知,在20世纪人类经历过多起严重的光化学烟雾(photo-chemical smog)污染事件。其中,光化学烟雾是汽车、工厂等污染源排入大气的碳氢化合物(HC)和氮氧化物(NOx)等一次污染物在紫外光作用下发生光化学反应生成二次污染物,后与一次污染物混合所形成的有害浅蓝色烟雾。而NO2作为NOx最常见的形式是主要的空气污染物,会导致光化学烟雾的形成、平流层臭氧的破坏和全球变暖的加剧。因此,发展减少NO2排放技术非常重要,并且在高温(最高600℃)下用NH3进行选择性催化还原(SCR)是目前运行最成熟的技术。
  然而,SCR严重依赖于使用有毒化学物质和昂贵的金属催化剂,而且无法完全消除NOx。在SCR处理后废气中的NOx排放量仍可能高达1000-2000 ppm,因此构成了重大的健康风险。此外,当存在微量SO2、水、碱和重金属时,SCR催化剂的快速失活进一步限制了其长期应用。因此,若想从废气中完全去除痕量NO2需要捕获系统不仅具有对高腐蚀性和反应性NO2的长期稳定性,而且还需对N2、CO2和SO2具有高选择性。如果能将捕获的NO2转化为可用的化学品(硝酸等),将非常有助于可持续发展。
  基于上述考虑,英国曼彻斯特大学的Sihai Yang和Martin Schr?der(共同通讯作者)联合报道了一种金属有机骨架(Manchester framework Material 520(MFM-520))。该MFM-520可以有效地限制NO2发生二聚集生成四氧化二氮(N2O4),从而产生4.2 mmol g-1(298 K,0.01 bar)的高吸附容量,并且具有完全可逆性和在125次循环中无容量损失。利用空气中的水对NO2@MFM-520进行处理,可以定量地将捕获的NO2并转化为HNO3(生产化肥的重要原料),并且可完全再生MFM-520。利用MFM-520的纳米孔在分子水平上限制了N2O4,并且利用干燥和潮湿的NO2气流进行的动态突破实验,证明了MFM-520具有优异的稳定性和选择性,并证实了其在无贵金属脱硝技术中的应用潜力。该成果以题为“Capture of nitrogen dioxide and conversion to nitric acid in a porous metal-organic framework”发表在Nature Chemistry上。
  综上所述,作者研究了回收利用MFM-520和转化捕获的NO2。在空气中搅拌下,将饱和的NO2@MFM-520(0.1 g)浸泡在水(5 ml)中10 min,系统的pH值稳定在1.06,表明被捕获的NO2完全释放而形成0.09 M硝酸溶液。在此过程中,未检测到气态NO2,且回收的MFM-520样品在加热条件下可以完全再生,可以在连续十次循环中不损失对NO2的吸收能力。因此,该方法将废气中NO2的净化以及捕获和转化为HNO3,并且避免了工厂中的氨氧化合成HNO3的高能过程。MFM-520在与废气可吸收NO2净化相关的条件下,具有很高的材料稳定性、吸附选择性、吸附能力和可逆性。
  在传统的变压条件下,MFM-520在吸附NO2后可再生,在经过125次NO2吸附/脱附循环之后,未观察到NO2的吸附容量损失或MFM-520的结构变化。在潮湿条件下,MFM-520可在空气中将水与NO2转化为HNO3,并且可完全回收MFM-520。此外,利用互补技术和建模技术进行的深入研究发现,在MFM-520中存在多达24倍的弱的、附加的超分子相互作用,导致了基于易进/易出系统的最佳选择性和可逆性。
返回 国际节能环保网 首页

能源资讯一手掌握,关注 "国际能源网" 微信公众号

看资讯 / 读政策 / 找项目 / 推品牌 / 卖产品 / 招投标 / 招代理 / 发新闻

扫码关注

0条 [查看全部]   相关评论

扫码关注
国际能源网
扫码关注
光伏头条
扫码关注
储能头条
扫码关注
风电头条

客服电话400-8256-198
新闻举报
返回首页
返回顶部

国际能源网站?

国际能源? 国际新能源网 国际太阳能光伏网 国际电力? 国际风电? 国际储能电池? 国际节能环保? 国际煤炭? 国际石油? 国际燃气?