测定汽化溶剂在固相吸附剂晶内扩散系数是重要的吸附参数，传统实验教学滞后于“解决复杂问题能力”的培养要求。该文以“气相扩散系数测定实验”为对象，将其拓展为“汽化溶剂在MOF（HKUST-1型）多孔材料晶内扩散系数测定实验装置设计与实现”，它结合气相色谱仪FID检测器原理和零长柱法测定晶内扩散系数的原理，提出实验设计方案、实验测量法和数据拟合法，并对零长柱法(ZLC)做了MATLAB软件模拟计算，拟合实验数据与文献报道值接近。该实验在学生操作过程中，实验系统由学生根据实验原理自助搭建，将实验原理、吸附材料装填、数据采集和测量、数据分析和报告撰写融为一体，践行新工科人才培养理念，提高人才培养目标的达成度。

为强化学生对固体废物资源化处理以及以废制废的环保意识，在双碳背景下，设计了以固体废物为原材料制备多孔炭应用于CO₂吸附分离研究的综合实验。首先分别以生活垃圾和玉米芯为原材料制备了热解炭，并利用K₂CO₃活化得到多孔炭吸附材料；然后采用孔结构分析、扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱对材料进行了综合表征分析，研究了多孔炭吸附分离CO₂性能。该实验涉及固体废物基多孔炭材料制备、表征测试和吸附性能探究等多个环节，将基础教学内容与科研热点有机结合，培养学生创新意识，提升学生的综合实践能力及解决实际问题能力。

在轨高真空环境下, 航天器所用非金属材料会释放出碳氢类、硅氧烷等有机分子污染物, 沉积在航天器光学系统等敏感表面, 影响航天器性能和使用寿命。沸石分子吸附涂层可以实时吸附空间污染物, 但对其吸附作用机制还缺乏深入研究。为深入分析空间污染物分子在沸石内部的吸附机制, 本工作采用巨正则蒙特卡洛方法模拟计算了NaY沸石对三种典型空间污染物(甲苯(C₇H₈)、邻苯二甲酸二甲酯(C₁₀H₁₀O₄)和八甲基环四硅氧烷(C₈H₂₄O₄Si₄))的吸附行为(吸附等温线、吸附热曲线和粒子密度分布图)。模拟和实验数据的对比分析验证了计算模型和方法的合理性。在超高真空条件下, NaY沸石对空间污染物表现出较高的吸附量, 但其饱和吸附量随着分子尺寸的增加而降低(C₇H₈>C₁₀H₁₀O₄>C₈H₂₄O₄Si₄), 其中八甲基环四硅氧烷分子的饱和吸附量仅为8个分子, 远低于甲苯的36个分子。污染物分子在沸石内部的密度分布图显示, 三种污染物均优先吸附于NaY沸石的“超笼”位点。本研究系统分析了NaY沸石对典型污染物的吸附机制, 为高吸附性能的沸石分子筛吸附涂层的研发提供了理论指导。

随着工业的快速发展, 相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时, 催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH), 用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(II)), 并进一步碱处理固定于表面的Cu(II), 形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH), PCSH对Cu(II)的饱和吸附容量提高100%, 高达588 mg/g。研究发现, 这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(II)与-NH₂之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌, 作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH₄)还原降解4-硝基苯酚(4-NP), 速率常数达到0.7135 /min (pH (7.0±0.3); [RhB]= 20 mg/L; [PMS]= 0.12 g/L; [催化剂]= 0.8 g/L)和11.47×10^-3 /s (pH (11.0±0.3); [4-NP]= 10^-4 mol/L; [NaBH₄]= 5×10^-3 mol/L; [催化剂]= 0.167 g/L), 是CSH催化剂体系的20和19倍。本工作利用固体废弃物粉煤灰实现了水溶液中铜元素的再利用, 为水中污染物的有效处理和利用提供了新启示。

Cu/Mg-MOF-74具有比表面积高、微孔结构和碱金属活性位点可调、CO₂吸附性能及光催化活性优良等优点, 但其Cu与Mg物质的量比(简称: Cu/Mg比)对烟气中CO₂吸附选择性影响机制尚不清晰。本研究采用溶剂热法合成了不同Cu/Mg比的Cu/Mg-MOF-74, 表征了其CO₂光催化性能、CO₂和N₂吸附量及孔结构, 计算了Cu/Mg-MOF-74的CO₂吸附选择性, 并分析了Cu/Mg比对吸附量、选择性影响机制。结果表明：随着Cu/Mg比减小, Cu/Mg-MOF-74光催化CO₂还原为CO和H₂的活性先增后减, 当Cu/Mg比为0.6/0.4时, 其光催化还原CO和H₂产率最大, 分别为10.65和5.41 μmol·h⁻¹·g_cat⁻¹(1 MPa, 150 ℃); 随着Cu/Mg比减小, CO₂、N₂在Cu/Mg-MOF-74上的吸附量增加, 且CO₂吸附量增加显著, 当Cu/Mg比为0.1/0.9时, 其CO₂、N₂吸附量最大, 分别为9.21、1.49 mmol·g⁻¹(273.15 K, 100 kPa); 随着Cu/Mg比减小, Cu/Mg-MOF-74的微孔(d₁≥0.7 nm)、超微孔(d₂<0.7 nm)的面积、体积均增加, 当Cu/Mg比为0.22/0.78时, 其微孔、超微孔的面积、体积均大于Mg-MOF-74; 其选择性随Cu/Mg比减小和CO₂浓度增大而改善。CO₂在Cu/Mg-MOF-74上的吸附作用包括微孔填充和Mg²⁺化学吸附, 微孔体积是影响其吸附性能的关键。调整Cu/Mg比可调控Cu/Mg-MOF-74的孔结构、CO₂吸附量和选择性。

为实现酸性溶液中Au(Ⅲ)的选择性回收，本研究以聚乙烯/聚丙烯（PE/PP）皮芯结构无纺布为基材，通过丙烯腈与丙烯酸的辐射接枝以及硫化钠改性制备得到含硫代酰胺基和羧基的双官能化无纺布吸附材料。通过红外光谱、热重分析、扫描电镜、能谱分析、接触角测定、X射线光电子能谱和X射线衍射等测试对改性无纺布的结构与性能进行表征。通过批量吸附试验对改性无纺布的吸附性能进行测定。结果表明：改性无纺布在较宽pH范围（2~7）内具有良好的Au(Ⅲ)吸附能力；在共存金属离子体系中具备良好的Au(Ⅲ)选择性，选择系数介于55.00~2 429.17，金回收率可达98.5%；改性无纺布的饱和Au(Ⅲ)吸附容量为133.91 mg/g，吸附行为符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型；Au(Ⅲ)在吸附中可被还原为以晶体形式存在的Au(0)；通过对吸附后样品的简单高温处理可去除吸附材料，实现金的回收。