甲烷潜力测试系统

一个由闪闪发光的钢铁建成的小城市横跨德国莱茵河，这里是该国化学巨头巴斯夫公司的总部。　　在过去2013年—2014年间，这里小部分箱式送货车和小汽车携带着一个大秘密：燃料箱塞满了一种与众不同的晶体材料，材料上面充满了直径约1纳米的小孔。这些孔内部存在着整齐堆叠的甲烷分子，准备着为货车的内燃机提供燃料。　　这些奶酪般的晶体就是金属有机骨架(MOF)。这些小孔能捕获客体分子，并在某些情况下强迫它们参与化学反应。而且，它们能被极精确地调整：研究人员已经创造出两万多种MOF，应用范围从除去电厂排放的二氧化碳到分割工业混合物等。“目前，在化学领域，MOF是发展最快的材料种类。”该领域先驱之一、美国加州大学伯克利分校化学家Omar Yaghi说。　　长期以来，MOF被认为过于脆弱，无法在现实世界使用，通常一旦客体分子被移除，它们就会立刻崩溃。许多研究人员怀疑MOF可能永远无法打败坚固的无机材料——沸石，后者的孔隙被广泛应用于过滤和催化等各种工业过程中。　　但经过全世界相关实验室10多年的密集研究，MOF已经为走向商业化应用作好准备。巴斯夫公司表示已经准备在2015年推出甲烷储存体系，它能比传统压力容器填充更多燃料。　　MOF研究人员表示，这个划时代事件将为他们的工作注入一针兴奋剂，而且可能刺激针对MOF其他应用的商业兴趣。 　　存储之战　　MOF的大部分酝酿工作能追溯到1999年，两种与众不同的材料初次登台：由中国香港科技大学研发的HKUST-1和Yaghi研发的MOF-5。后者的内表面面积至少为2300平方米每克——足以覆盖8个网球场。“这是一个转折点，因为它打破了所有表面积纪录。多年后，巴斯夫公司告诉我，他们曾认为这是印刷错误。”Yaghi说。　　更大的内表面积意味着有更多区域堆叠客体分子。领导巴斯夫公司多孔材料研究的Ulrich Müller很快看到了机遇。“Yaghi的论文发表后，我们开始直接研究MOF。”他说。　　制作稳定的MOF的关键是使用金属原子簇而非单个离子作为节点。这些簇的几何结构决定了该晶体的总体结构。不断发展的万能工匠部件能让MOF比沸石更适用，并能让化学家为特定应用设计出尺寸和化学性能恰好合适的晶体产品。目前，科学家已经研发出能抵御500摄氏度高温，或在沸腾甲醇中轻松维持一周的MOF。还有的MOF的内表面积是MOF-5的3倍，或孔隙足以容纳短粗的蛋白质。　　巴斯夫公司当前控制着初期MOF市场。它之所以将目标定位于甲烷储存是因为页岩气十分便宜且越来越可用，因此可以为汽车提供能源。但当下，这种气体的储存体积大，并且高压油箱价格昂贵。这极大限制了甲烷的使用。MOF则能在更低的压力条件下储存更多的甲烷。　　但要实际应用，MOF孔隙的大小和化学特性必须十分正确，因为它们决定甲烷如何在材料内进行堆积。“如果你仅让甲烷漂浮在气孔中，你可能使用的还是一个空筒。”Yaghi说。　　为了束缚甲烷，研究人员使用能暴露金属离子的气孔。这些离子能扭曲甲烷的电子云，使其产生偏振，以便气体黏住金属。但如果这些气孔对甲烷的束缚过于薄弱，气体将会外溢 太强烈，容器将很难清空。最佳的MOF晶体能占据一个宜居带，赋予一个空容器在适度的压力下保持至少两倍的容量，而且还允许它们在压力泄漏时，释放出几乎所有的甲烷。“机动车辆的甲烷存储很大程度上已经解决。”Yaghi说。　　但谁也无法担保其获得商业成功。自从去年原油价格暴跌后，该气体的经济刺激消失。“所有事情都有点混乱。”Müller说。　　市场观察家预测，石油价格迟早将回升。但同时，加州大学伯克利分校的Jeffrey Long表示，MOF甲烷储存系统仍有较大的提升空间。通过与Yaghi、巴斯夫公司和福特汽车公司合作，他计划降低填充燃料箱所需的压力。“如果降低到35巴，人们将能在家为汽车加燃料。”他说。Long和同事表示，已经研发出在低气压下能储存更多甲烷的MOF，并将发表相关结果。　　MOF能通过存储氢，对交通运输业产生更大的影响。将冷冻气体压缩到高压燃料箱里是复杂和昂贵的。但将这些油箱更换为MOF是一个巨大挑战。“没有吸收剂具有足够高的商业使用能力。”Long说。　　Long研究小组开发出破纪录的镍基MOF，在室温和100巴的条件下，每升燃料罐能携带12.5克的氢。但这仍低于美国能源部2020氢储存目标——每升40克。　　试验性分离　　研究人员还希望MOF能从空气中抽出特定分子。“尤其是气体分离，可能是这些材料的竞争优势。”Long说。　　它们可能对裂化厂有极大的吸引力。这些工厂会加热原油，分解其大分子，从而得到轻质烃。这些气体尤其难以分离。例如，丙烯和丙烷仅相差两个氢原子，而且沸点仅有约5摄氏度的差距。此时，精炼机利用冷却混合物对其进行分离，直到其液化，然后缓慢加热，直到第一个气体首先汽化。但温度的改变使其成为化工厂最耗能的工艺过程之一。　　Long研究小组发现，一种名为Fe-MOF-74的晶体能让该过程更加简单，并能降低成本。这种晶体的外露金属阳离子能捕获经过的丙烯分子的电子，降低其通过速度。在45摄氏度下，丙烷首先出现，加热MOF，然后释放99%纯度的丙烯流。　　另一种晶体Fe2(BDP)3能有效地分离己烷同分异构体。线型分子能够出现在MOF三角形通道的拐角处。　　或许对以MOF为基础的分离的最终测试每年能从化石燃料发电厂捕获13.7亿吨的二氧化碳。传统的碳捕获体系主要依靠溶解剂——能在40摄氏度的排出气流中与二氧化碳进行反应。移除和加热该溶解剂到120摄氏度或以上能释放吸收的气体，以便收集和储存。但温度的反复变化消耗了电厂20%~30%的能量，并且需要价格昂贵的基础设施。　　2015年3月，Long等人研发出的镁基和锰基MOF，在温度变幅为50摄氏度的条件下吸收和释放超过其重量10%的二氧化碳。其孔隙中排列有胺分子，它能与二氧化碳发生反应。　　快速前进　　催化作用常被认为是MOF最具前途的应用之一。它们可调节的气孔能将试剂保持在适当的位置，劈开特定骨架，然后锻造新的，正如一个酶的活性部位。　　但西北大学化学家Joseph Hupp表示，直到几年前，这种催化剂的发展进程仍非常缓慢，尤其因为几乎没有MOF具有足够的化学稳定性能完成多次反应。结果是，Hupp表示：“没有案例能显示MOF更出众，以致没有化学家选择使用MOF催化剂。”　　但现在，研究人员正在通过利用稳定的MOF，并扭曲其孔隙周围的化学基团，制造有希望的催化剂。他们还更进一步，逐步置换出全部的链接和金属节点，改造MOF的化学和物理特性，并且不让整个结构崩塌。这些进步允许化学家设计和制造多种多样岩石般坚硬但具有化学活性的MOF。“现在有许多MOF，我们在5年前根本制造不出来。”Hupp说。　　确实，该领域一个不断扩大的挑战是MOF庞大的数量令人眼花缭乱。“我们有太多种MOF了。”Yaghi说。Hupp也表示同意。他指出，研究人员需要合成那些特性并未完全开发的MOF，而非精炼那些已被证明具有稳定性和活性的。　　另一个挑战是，MOF需要与目前的技术进行竞赛，例如沸石。这需要鼓励利用丰富的金属和廉价的有机链接制造MOF，以便大幅降低成本。　　Yaghi正在开发同一个晶体中包含数种类型孔洞的MOF，以便分子在从一个区域到另一个区域时，能经历一个预先确定的反应顺序。这些MOF就像一家化工厂的微缩版本，允许科学家在一个连续过程中逐步合成分子。　　“这是我们的梦想。只有MOF有可能实现。”Yaghi说。　　什么是金属有机骨架材料　　金属有机骨架材料(MOFs)是近十年来发展迅速的一种配位聚合物，具有三维的孔结构，一般以金属离子为连接点，有机配体位支撑构成空间3D延伸，系沸石和碳纳米管之外的又一类重要的新型多孔材料，在催化，储能和分离中都有广泛应用，目前，大多数研究人员致力于氢气储存的实验和理论研究。 金属阳离子在 MOFs 骨架中的作用一方面是作为结点提供骨架的中枢，另一方面是在中枢中形成分支，从而增强MOFs 的物理性质(如多孔性和手性) 。这类材料的比表面积远大于相似孔道的分子筛，而且能够在去除孔道中的溶剂分子后仍然保持骨架的完整性。因此，MOFs 具有许多潜在的特殊性能，在新型功能材料如选择性催化、分子识别、可逆性主客体分子(离子) 交换、超高纯度分离、生物传导材料、光电材料、磁性材料和芯片等新材料开发中显示出诱人的应用前景，给多孔材料科学带来了新的曙光 。　　MOFs 材料作为储氢领域的一名新军，由于具有纯度高、结晶度高、成本低、能够大批量生产、结构可控等优点，正受到全球范围的极大关注，近年来已成为国际储氢界的研究热点。经过近 10 年的努力，MOFs 材料在储氢领域的研究已取得很大的进展，不仅储氢性能有了大幅度的提高，而且用于预测 MOFs材料储氢性能的理论模型和理论计算也在不断发展、逐步完善。但是，目前仍有许多关键问题亟待解决。比如，MOFs 材料的储氢机理尚存在争议、MOFs材料的结构与其储氢性能之间的关系尚不明确、MOFs 材料在常温常压下的储氢性能尚待改善。这些问题的切实解决将对提高 MOFs 材料的储氢性能并将之推向实用化进程发挥非常重要的作用。　　金属有机骨架材料的发现　　金属有机骨架是由含氧、氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸和多碱)与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。早在20世纪90年代中期，第一类MOFs就被合成出来，但其孔隙率和化学稳定性都不高。因此，科学家开始研究新型的阳离子、阴离子以及中性的配位体形成的配位聚合物。目前，已经有大量的金属有机骨架材料被合成，主要是以含羧基有机阴离子配体为主，或与含氮杂环有机中性配体共同使用。这些金属有机骨架中多数都具有高的孔隙率和好的化学稳定性。由于能控制孔的结构并且比表面积大，MOFs比其它的多孔材料有更广泛的应用前景，如吸附分离H2 、催化剂、磁性材料 和光学材料 等。另外，MOFs作为一种超低密度多孔材料，在存储大量的甲烷和氢等燃料气方面有很大的潜力，将为下一代交通工具提供方便的能源。　　金属有机骨架材料的应用　　MOFs具有多孔、大比表面积和多金属位点等诸多性能，因此在化学化工领域得到许多应用，例如气体贮存、分子分离、催化、药物缓释等。　　(1)气体的吸附与储存：MOFs特殊的孔道结构，是理想的氢气存贮材料，现在MOF177在77K下的储氢能力已达到7.5%，当前研究重点是室温下达到高储氢能力的突破 　　(2)分子分离：MOFs的孔道大小和孔道表面可以控制，可以用于烷烃分离，也可以由于手性分离，在这方面的应用正在扩大 　　(3)催化：MOFs材料的不饱和金属位点作为Lewis酸位，可以用作催化中心，现已用于氰基化反应、烃类和醇类的氧化反应、酯化反应、Diels-Alder 反应等多种反应，具有较高的活性 　　(4)药物的缓释：MOFs材料具有较高的载药量、生物兼容性及功能多样性，可广泛用于药物载体，例如MIL-100和MIL-101对布洛芬有较好的载药和释放效果 其固载率和缓释时间分别为350mg/g,3天，1400mg/g,6天。展望未来MOFs材料无论在品种、性能、合成方法、应用领域，作为一类新型材料，还会进一步发展和扩大。

步入2024年的下半场，回顾上半年，大气污染防治领域的政策与标准犹如一道道清晰的航标，指引着我们向着更加清澈的天空迈进。从国家层面的顶层设计到地方性的细化措施，一系列政策的出台和标准的修订，显示了政府对改善空气质量的重视。当前大气相关政策现状呈现出高度规范化、技术智能化与治理协同化的特征，我们看到一个更加系统化、精细化的大气污染治理体系正在成型，为实现空气质量的根本改善奠定了坚实的基础。在大气监测方面，为适应新时代的环保需求，国家相关部门不断优化监测网络布局，推动监测技术的升级换代，以实现更精准、更实时的数据采集与分析。地方各级政府积极响应中央号召，因地制宜制定大气监测与治理的专项计划，通过增设监测站点、引入先进监测设备和加强跨部门协作等方式，形成了多层次、宽领域的监测格局。随着政策的持续完善与执行力度的加大，大气监测将更加科学、高效，为打赢蓝天保卫战提供强有力的技术支撑。由下表了解到，碳监测领域正经历一个快速发展的阶段。目前，超过18个省份发布了碳监测相关的规划，遥感技术在碳排放监测方面也取得进展，随着政策推动和技术成熟，碳监测市场预期将迎来快速发展期。国家统计局数据显示，我国规模以上企业共40多万家，主要集中在电力、能源、制造、冶炼、采矿、化工、石油、纺织等行业，大部分都属于高碳产业，据某证券研究数据了解到：“目前一套烟气CEMS监测系统市场价格约30万元，市场现存烟气CEMS系统数量约为10余万套，通过设备升级改造系统实现碳监测功能，需要增加10万元，也就是说，仅改造现有设备就有100亿元的市场规模！由于设备使用周期大概5年，新的试点行业企业持续加入，到2060年碳监测市场总规模将接近千亿元。”可以看出，碳监测市场具有巨大发展潜力。截至目前，大气领域出台了一系列政策与标准，旨在构建更为健全的大气环境质量监控体系。仪器信息网小编不完全盘点了2024年上半年涉及大气领域的重要政策和标准，以便大家收藏、查阅。2024上半年大气领域重点政策盘点（部分）政策（点击可看全文）发文单位发布时间主要内容修改《消耗臭氧层物质管理条例》 国务院1月&bull 生产、使用消耗臭氧层物质数量较大，以及生产过程中附带产生消耗臭氧层物质数量较大的单位，应当安装自动监测设备，与生态环境主管部门的监控设备联网，并保证监测设备正常运行，确保监测数据的真实性和准确性。《推进美丽北京建设持续深入打好污染防治攻坚战2024年行动计划》 北京市人民政府办公厅2月&bull 实施挥发性有机物（VOCs）治理专项行动，组织重点园区、重点行业开展VOCs精细化管控，推进重点行业企业绿色升级。&bull 实施氮氧化物（NOx）减排专项行动，推进非道路移动机械综合治理、大宗货物绿色运输。加强扬尘管控，提升城市环境精细化管控水平。&bull 开展“一微克”行动区级示范，围绕清洁运输、VOCs深度治理、清洁能源改造等不同区有侧重进行先行先试。《工业领域碳达峰碳中 和标准体系建设指南》 工信部2月&bull 到2025年，初步建立工业领域碳达峰碳中和标准体系，制定200项以上碳达峰急需标准，重点制定基础通用、温室气体核算、低碳技术与装备等领域标准。&bull 到2030年，形成较为完善的工业领域碳达峰碳中和标准体系，加快制定协同降碳碳排放管理、低碳评价类标准，实现重点行业重点领域标准全覆盖，支撑工业领域碳排放全面达峰，标准化工作重点逐步向碳中和目标转变。《国家重点低碳技术征集推广实施方案》 生态环境部、科技部、工业和信息化部、住房和城乡建设部、交通运输部、农业农村部2月&bull 主要包括五大重点方向，覆盖能源、工业、农业、建筑、交通等温室气体减排关键领域。&bull 第一是能源绿色低碳转型类，主要包括可再生能源开发与应用技术，先进储能技术，能源互联网技术，氢能开发利用技术等。&bull 第二是重点领域降碳类，主要包括工业领域降碳技术，建筑领域降碳技术，交通运输领域降碳技术等。&bull 第三是储碳固碳类，主要包括CCUS技术和生态增汇与监测技术等。&bull 第四是数智赋能类，主要包括数字赋能效率提升技术，温室气体排放智慧化管理技术，数据中心降碳技术等。&bull 第五是非二氧化碳减排类，主要包括甲烷减排类技术、氢氟碳化物减排类技术、氧化亚氮减排类技术及其他非二氧化碳温室气体减排技术等。《绿色低碳转型产业指导目录（2024年版）》 国家发展改革委、工业和信息化部、自然资源部、生态环境部、住房城乡建设部、交通运输部、中国人民银行、金融监管总局、中国证监会、国家能源局3月&bull 《目录》共分三级，包括7类一级目录、31类二级目录、246类三级目录。第一部分是节能降碳产业。主要指推动节能降碳的装备制造、改造升级、绿色转型等相关产业。具体包括高效节能装备制造、先进交通装备制造、节能降碳改造、重点工业行业绿色低碳转型、温室气体控制5类二级目录，节能锅炉制造、节能窑炉制造等38类三级目录。《关于加快建立现代化生态环境监测体系的实施意见》 生态环境部3月&bull 我国将实施四大能力建设工程，分别是天空地海一体化监测网络构建、监测科技创新、强基层补短板和监测人才培养。预计用 5 年左右时间，在重点区域建成若干一体化监测示范区，推出 100 个左右监测现代化市县优秀案例，完成监测技术人员轮训。&bull 地方监测网点位布设重点向区县、乡镇、农村延伸，覆盖百姓身边的中小河流和岸滩海湾，客观反映本地生态环境状况。&bull 推动京津冀及周边地区、 长江经济带、黄河流域、粤港澳大湾区、成渝等区域一体化监测网络建设。鼓励有条件的地方开展一体化监测试点。&bull 引导现场直读监测仪器小型化、集成化技术攻关，提高便携式监测仪器精度，提升污染源、自动监测设备可靠性和防干扰性，支撑环境执法、应急、精细化管控等管理需求。《中共中央办公厅 国务院办公厅关于加强生态环境分区管控的意见》 中共中央办公厅 国务院办公厅3月&bull 实施生态环境高水平保护以“三区四带”为重点区域，分单元识别突出环境问题，落实环境治理差异化管控要求，维护生态安全格局。&bull 综合考虑大气区域传输规律和空间布局敏感性等，强化分区分类差异化协同管控。《关于深化气候适应型城市建设试点的通知》 生态环境部、财政部、自然资源部、住房和城乡建设部、交通运输部、水利部、中国气象局、国家疾病预防控制局5月&bull 到2025年，优先遴选一批工作基础好、组织保障有力、预期示范带动作用强的试点城市先行先试，气候适应型城市建设纳入试点城市重点工作任务和经济社会发展规划。&bull 到2030年，试点城市扩展到100个左右。&bull 到2035年，气候适应型城市建设试点经验得到全面推广，地级及以上城市全面开展气候适应型城市建设。《火电行业建设项目温室气体排放环境影响评价技术指南（试行）》 生态环境部5月&bull 规定了火电行业建设项目开展温室气体排放环境影响评价的适用范围、一般工作内容和程序、评价方法、技术要求等。《关于建立碳足迹管理体系的实施方案》 生态环境部、国家发改委、工信部、财政部、人力资源社会保障部、住建部、交通运输部、商务部、中国人民银行、国务院国资委、海关总署、市场监管总局、金融监管总局、中国证监会、国家数据局6月&bull 优先聚焦电力、煤炭、天然气、燃油、钢铁、电解铝、水泥、化肥、氢、石灰、玻璃、乙烯、合成氨、电石、甲醇、锂电池、新能源汽车、光伏和电子电器等19个重点产品，制定发布核算规则标准。《关于做好水泥和焦化企业超低排放评估监测工作的通知》 生态环境部6月&bull 大气污染防治重点区域企业率先开展超低排放改造和评估监测工作，其他区域有序推进。&bull 指导企业开展超低排放改造和评估监测工作，支持企业在协会网站上公示企业超低排放改造和评估监测进展情况。 《钢铁行业节能降碳专项行动计划》 《炼油行业节能降碳专项行动计划》《合成氨行业节能降碳专项行动计划》《水泥行业节能降碳专项行动计划》国家发展改革委、工业和信息化部、生态环境部、市场监管总局、国家能源局6月&bull 聚焦四大能源消耗和二氧化碳排放的重点领域，要求加快节能降碳改造和用能设备更新，支撑完成“十四五”能耗强度降低约束性指标。《关于加强重点行业建设项目环境影响评价中甲烷管控的通知（征求 意见稿）》 生态环境部7月&bull 聚焦煤炭开采、石油和天然气开采、畜禽养殖、生活垃圾填埋以及污水处理厂等五大重点行业，结合《建设项目环境影响评价分类管理名录》，将甲烷管控要求落实到重点行业建设项目环境影响评价中。2024上半年大气领域重点标准盘点（部分）标准实施日期环境空气颗粒物（PM2.5）中有机碳和元素 碳连续 自动监测技术规范 （HJ 1327—2023） 2024年7月1日环境空气颗粒物（PM2.5）中水溶性离子连续自动监测技术规范（HJ 1328—2023） 2024年7月1日环境空气颗粒物（PM2.5）中无机元素连续自动监测技术规范（HJ 1329—2023） 2024年7月1日固定污染源废气　氨和氯化氢的测定 便携式傅立叶变换红外光谱法（HJ 1330—2023） 2024年7月1日固定污染源废气　总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定　便携式气相色谱-氢火焰离子化检测器法（HJ 1332—2023） 2024年7月1日固定污染源废气　总烃、甲烷和非甲烷总烃的测定　便携式催化氧化-氢火焰离子化检测器法（HJ 1331—2023） 2024年7月1日环境空气 颗粒物来源解析 固定污染源废气颗粒物（PM2.5和PM10）稀释通道采样技术导则（征求意见稿） ——环境空气 颗粒物来源解析 扬尘颗粒物(PM2.5和PM10)再悬浮采样技术导则（征求意见稿） ——固定污染源废气 一氧化碳和氯化氢连续监测技术规范（征求意见稿） ——环境空气气态污染物（氨、硫化氢）连续自动监测技术规范（征求意见稿） ——环境空气气态污染物（氨、硫化氢）连续自动监测系统技术要求及检测方法（征求意见稿） ——

2016年3月11日第17届千里行质量服务活动启动仪式在天美（中国）总部北京正式启动。天美（中国）付世江总裁宣布第17届质量千里行正式开始　　分析产品线及生化产品线主管领导先后上台简要介绍了千里行质量服务活动并强调“天美同行，用户至上”的重要性，为即将出征的应用及维修工程师们加油鼓劲。全体员工整装待发　　“行千里路，送天美情”千里行服务活动已经走过17个年头。天美公司从1988年成立至今，每年3.15期间展开为期一个多月的用户走访，为全国各地、边远的客户进行免费维护保养，已成为天美在科学仪器行业的一个售后服务品牌。在不断提升和总结中，千里行服务活动更加完善。付世江总裁为客服中心授千里行活动旗帜　　天美公司已建立了完善的客户服务中心，旨在以400 810 7898一个号码，解决您对仪器的各类疑问及各类服务需求。我们承诺一个工作日内响应，安排工程师即时与用户联系。色谱及光谱两大产品线，更有资深技术专家现场坐镇，第一时间解答客户问题。天美的客户服务中心也将与您同行，提供完善的全程售后服务！客服中心员工宣誓“天美同行，用户至上”关于天美：　　天美(控股)有限公司(“天美(控股)”)从事表面科学、分析仪器、生命科学 设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销 为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。继2004年於新加坡SGX主板上市后，2011年12月 21日天美(控股)又在香港联交所主板上市(香港股票代码1298)，成为中国分析仪器行业第一家在国际主要市场主板上市的公司。近年来天美(控股)积极 拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国 Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司、英国 Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，加强了公司产品的多样化。　　更多详情欢迎访问天美(中国)官方网站：http://www.techcomp.cn