[发明专利]一种用于纯化天然气的金属‑有机框架材料的制备

说明书

技术领域

本发明属于气体吸附分离技术领域，具体涉及一种基于金属锌的金属-有机框架材料的制备方法和其在纯化天然气方面的应用。

背景技术

天然气是一种较清洁的能源，其主要成分是甲烷并且含有少量的轻质脂肪烃和二氧化碳。轻质脂肪烃是重要的工业原料，但其具有相近的分子大小、分子量和沸点，非常难以分离。传统的工艺是采用低温蒸馏的方法，但该方法需要在较低的温度和高压下实现，浪费了大量的成本。而采用吸附分离的方法可以在较低压力和室温下实现，节省了能源，具有重要的意义。并且，吸附性材料的水稳定性在适用性方面也是很重要的。

发明内容

本发明提出了一种由双(3,5-二羧基苯基)次膦酸(结构如下)和锌盐合成的具有多孔的锌金属-有机框架材料制备方法，并研究了该材料在纯化天然气方面对轻质烃和二氧化碳的选择性分离的应用。所述的锌金属-有机框架材料制备步骤如下：

将双(3,5-二羧基苯基)次膦酸和六水合硝酸锌按照一定的物质的量之比，加入到N,N’-二甲基甲酰胺，乙醇和水的混合溶剂中，逐渐升温至70-100℃，反应24-72小时，降至室温，过滤。用丙酮连续浸泡3天，每24小时换一次新鲜的丙酮溶液，真空干燥，得到该锌金属-有机框架材料，该锌金属有机框架材料具有高度水稳定性并有高度的孔隙率。

双(3,5-二羧基苯基)次膦酸的结构式

本发明提出的锌金属-有机框架材料吸附分离气体测试步骤如下：在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将轻质烃(甲烷、乙烯、乙炔、乙烷、丙烷等)通入到含有该锌金属-有机框架材料的吸附管中进行吸附测试，计算吸附量及分离系数。

附图说明

图1为实施例1所得锌金属-有机框架材料配体的配位模式图；

图2为实施例1所得锌金属-有机框架材料的晶体结构堆积图及其一维通道。

具体实施方式

实施例1：锌金属-有机框架材料的制备方法

将双(3,5-二羧基苯基)次膦酸和六水合硝酸锌(物质的量之比为10：1)，加入到N,N’-二甲基甲酰胺，乙醇和水(体积比为1:1:1)的混合溶剂中，逐渐升温至85℃，反应36小时，降至室温，过滤。用丙酮连续浸泡3天，每24小时换一次新鲜的丙酮溶液，真空干燥，得到该锌金属-有机框架材料。

实施例2：锌金属-有机框架材料吸附甲烷气体测试

在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将甲烷通入到含有100mg锌金属-有机框架材料的吸附筒中进行吸附测试，吸附量为22.5cm³g^-1。

实施例3：锌金属-有机框架材料吸附丙烷测试

在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将甲烷通入到含有100mg的锌金属-有机框架材料的吸附筒中进行吸附测试，吸附量为76cm³g^-1，根据理想吸附溶液理论(IAST)对等摩尔的双组份体系计算丙烷/甲烷的选择性系数为285.1。实施例4：锌金属-有机框架材料吸附乙炔气体测试

在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将乙炔通入到含有100mg的锌金属-有机框架材料的吸附筒中进行吸附测试，吸附量为78.5cm³g^-1，根据理想吸附溶液理论(IAST)对等摩尔的双组份体系计算乙炔/甲烷的选择性系数为43.2。实施例5：锌金属-有机框架材料吸附乙烯气体测试

在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将乙烯通入到含有100mg的锌金属-有机框架材料的吸附筒中进行吸附测试，吸附量为64.0cm³g^-1，根据理想吸附溶液理论(IAST)对等摩尔的双组份体系计算乙烯/甲烷的选择性系数为29.1。实施例6：锌金属-有机框架材料吸附乙烷气体测试

在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将乙烷通入到含有100mg的锌金属-有机框架材料的吸附筒中进行吸附测试，吸附量为59.6cm³g^-1，根据理想吸附溶液理论(IAST)对等摩尔的双组份体系计算乙烷/甲烷的选择性系数为27.0。实施例7：锌金属-有机框架材料吸附二氧化碳气体测试

在比表面及孔隙度分析仪上，在室温常压下将二氧化碳通入到含有100mg的锌金属-有机框架材料的吸附筒中进行吸附测试，吸附量为111.0cm³g^-1，根据理想吸附溶液理论(IAST)对等摩尔的双组份体系计算二氧化碳/甲烷的选择性系数为5.9。