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新能源及节能技术,生态环境建设与保护技术

本项目针对煤层气开采中对高效 CH4/N2 分离材料的重大技术需求，提供一种基于新型 MOF 材料的变压吸附提浓煤层气技术，包括用于 CH4/N2 分离的新型 MOF 材料、移动撬块化煤层气提浓装置。基于高性能 MOF 吸附材料的变压吸附技术有望突破现有的技术瓶颈，能大大提高煤层气这种矿产资源的开采效率。可以生产纯度大于 85%的甲烷，煤层气中甲烷的回收率大于 90%。与常规变压吸附提纯煤层气技术相比，该技术可以缩短吸附-解吸附周期，单位体积吸附剂的处理量提高 2-4 倍，吸附剂装填量减少 25-30%。另外，由于低浓度煤层气具有规模小，分布分散，供气不稳的特点，基于高性能吸附剂的撬块化提浓装置特别适合于低浓度煤层气开采，是未来的主要趋势。

该项目的核心是高性能 MOF 吸附分离材料的设计与制备，以新型 MOF 材 料为吸附剂，结合变压吸附技术，实现低浓度煤层气中甲烷的高效回收与利用，可解决目前煤层气开采行业中存在的一些问题： 1.大幅提高甲烷的纯度和回收率。常规变压吸附技术提浓后的甲烷纯度一 般在 40-60%，回收率在 50-70%。基于高性能 MOF 吸附剂的变压吸附技术，提浓后甲烷纯度可达 85%，甲烷回收率大于 90% 2.大幅提升 PSA 分离装置的处理能力。传统吸附剂 CH4/N2 的分离比在 3- 6 之间，而高性能 MOF 材料的 CH4/N2 的分离比可达 12。MOF 材料具有超大的比表面积，同样的装填量下，MOF 材料吸附甲烷的量是传统吸附剂的 2-3 倍。基于 MOF 材料的 PSA 装置分离 CH4/N2 的能力大幅提高，并可以使分离装置小型化。 3. 有效提升煤层气的开采效率。根据我国矿井分布的特点，基于新型 MOF 材料的移动撬装式变压吸附装置，可以有效提高煤层气开发与利用的效率，非常适合在煤矿行业应用。

学院坚持以国民经济主战场和国家重大需求为导向，瞄准国际学术前沿，研究复杂物质合成方法与反应机理、深入理解材料的多层次结构与性能关系、发展高性能新物质及其应用。重点解决新能源、生物医药、人工智能、物联网等领域中涉及的复杂化学物质合成新方法、构效关系及应用等关键问题，在药物高效传输与精准诊疗、先进能源材料化学、智能响应高分子等方向形成突破，建成具有以应用为导向、多学科交叉为特色的一流化学学科。

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