镁基层状化合物复合水凝胶材料的结构设计与宏量制备及其在烟气中SO2和NOx脱除的应用研究

The magnesium chloride resources in Qinghai are very rich, but its utilization is quite poor. Since the magnesium chloride resources in Qinghai have high quality and low cost, the development of magnesium-based environmental protection agents can not only improve the large-scale utilization of the salt lake magnesium chloride resources, but also promote the regional economic development in Qinghai. At the same time, such utilization can also provide plentiful green security agents for the national environmental governance. In this project, we propose to develop new magnesium-based layered composite hydrogel materials to conduct in-depth study on their application in the absorb SO2 and NOx from fuel gas; to have a better understanding of the structural design of the magnesium-based layered compounds composite hydrogel; to strengthen the functionality process; to develop the macro preparation technology of the composite hydrogel materials and to solve the waste liquid separation and gel regeneration process for the adsorption and desorption, and to strengthen the implementation process. This project can provide important pathway for highly efficient use of the magnesium resources in Qinghai, improve the production and living environment and its local economy development. We expect to publish more than 8 SCI papers with high quality, to apply more than four national invention patents, and to educate 4-7 doctoral and postgraduate candidates.

青海盐湖氯化镁资源非常丰富，但是其综合利用水平低。大力发展镁基环保产品，发挥盐湖氯化镁资源品质高、开采成本低的优势，不仅能够提高盐湖氯化镁资源大规模开发，促进青海区域经济发展，更能为全国环境治理工作供应充足绿色安全处理剂，提供物资保障。在此项目中，我们提出通过有机功能修饰，构筑不同交联模式的新型镁基层状化合物复合水凝胶材料。深入系统开展其在吸附净化烟气中的SO2和NOx的应用，从分子水平上探索复合水凝胶体系与吸收气体分子形成的稳定和不稳定的复杂结构，揭示构效关系，实现功能强化。发展复合水凝胶材料的宏量制备工艺，解决吸附、解吸过程中的废液分离和凝胶再生等难题，实现过程强化。通过本项目的研究，为规模化利用青海盐湖镁资源和推动青海区域经济发展提供重要的途径。预期发表8篇以上高水平SCI论文，申请4项以上国家发明专利，培养博士和硕士研究生4-7名。

本项目密切围绕联合基金设立宗旨，积极探索开发盐湖镁资源高值利用新方向。提出通过物理交联法制备镁基水滑石纳米纤维膜材料，探索其在烟气净化中的应用。采用“预埋种子-外延生长”法，有效实现了镁基水滑石材料在不同类型聚合物上物理穿插形式的可控生长。详细探究了无机-有机两相介质的界面相容性，发现镁基水滑石和聚合物纤维之间不仅存在分子间界面相互作用，同时由于穿插生长方式，形成了几何构型上的空间限制，大大提高了镁基水滑石的负载稳定性，解决了水滑石粉体负载不稳定、易于流失等问题。详细探究了该类材料对空气中颗粒物、二氧化硫、氮氧化合物以及挥发性有机物的吸附净化效果，显示出优异的性能。借助于水滑石丰富的片层结构特征，不仅能够有效吸附空气中的大型颗粒物，同时对尺寸在0.3-0.5微米的细小颗粒物的吸附净化率达98%以上。进一步拓展材料的应用范围，通过对镁基水滑石纳米纤维膜表面亲疏水改性，制备了一类具有超大通量、高分离效率的油水分离膜材料。通过静电纺丝和静电喷雾技术相结合，制备了一类高效隔热保温膜材料，详细探索了材料结构与性能之间的构效关系。“预埋种子-外延生长”法，方法具有普适性，可有效实现不同类型无机纳米材料在有机纤维膜上稳定可控负载，为发展不同类型粉体材料的稳定负载提供的设计思路。镁基水滑石纳米纤维膜材料在环境净化领域展现出效果优异，操作方便，回收便捷等特征，具有一定的实际应用前景。项目发表学术论文10篇，会议论文2篇，申请和授权国家发明专利13件，培养博士和硕士研究生8人。