[发明专利]用于乙炔/二氧化碳和乙炔/甲烷选择性分离吸附的金属有机框架材料及其制备方法

说明书

本发明涉及了一种用于乙炔/二氧化碳和乙炔/甲烷选择性分离吸附的金属有机框架材料及其制备方法。其制备方法是先制备有机配体H₃BTTA，在采用溶剂热方法得到均相晶体材料，然后采用无水丙酮进行多次溶剂交换，最后去除材料孔洞内与配位的溶剂分子，得到活化后的晶体材料。本发明合成的是一种双重贯穿的多孔材料，相比于非贯穿结构，材料的窗口尺寸进一步降低，对不同的气体分子有更好的尺寸选择作用；其次，其开放金属位点的密度大幅度提高，从而进一步增强了材料对C₂H₂的选择性吸附。因此，该金属有机框架材料在功能性气体的选择性分离吸附领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于气体吸附与分离系统的制备，具体涉及一种双重贯穿金属有机框架材料 ZJU-199及其制备方法，该材料可用于C₂H₂/CO₂和C₂H₂/CH₄的选择性分离吸附。

背景技术

科技的迅猛发展和人类生活水平的提高对能源材料提出了更高的挑战。乙炔，俗称风煤、电石气，可用以照明、焊接及切断金属(氧炔焰)，也是制造乙醛、醋酸、苯、合成橡胶、合成纤维等重要材料的基本原料。作为一种非常重要的化工原料，乙炔广泛地应用在石油化工与电子工业等领域。但是，石油分馏与裂解等工艺生产的乙炔含有一些严重影响乙炔后续使用效益的少量杂质，例如甲烷与二氧化碳。因此，有效的实现C₂H₂/CO₂和C₂H₂/CH₄的选择性分离吸附显得尤为重要。传统的吸附材料由于存在分离吸附效果差、能耗高等弊端逐渐被其他新兴的多孔材料取代。

金属有机框架材料(Metal-organicFramework，MOFs)作为一类新兴的由有机配体与金属中心经过自组装形成的多孔吸附材料，凭借其不可替代的优势引起了社会各界的广泛关注。相比于分子筛与活性炭等传统的多孔吸附材料，金属有机框架材料具有超高比表面积和孔体积、可调节孔径尺寸、易于功能化等一系列优势。这些显著的优势使得金属有机框架材料在气体存储与分离领域显示出巨大的应用潜力。

目前为止，利用金属有机框架材料作为C₂H₂的吸附材料并不少见。但是在保证较高乙炔吸附量同时具有C₂H₂/CO₂和C₂H₂/CH₄选择性分离吸附的并不多见，尤其是C₂H₂/CO₂的有效分离由于C₂H₂和CO₂相似的分子尺寸与电负性更为艰难。本发明设计了一种全新的有机配体并利用此配体成功合成了一种双重贯穿的金属有机框架材料，该材料具有较高的乙炔吸附量，同时具有较高的C₂H₂/CO₂和C₂H₂/CH₄选择性分离吸附，为金属有机框架材料在结构设计与性能预测方面提供了新视角，推进了金属有机框架材料在气体吸附与分离方面的应用进展。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种金属有机框架材料及其制备方法，该材料可用于C₂H₂/CO₂和C₂H₂/CH₄的选择性分离吸附。

本发明采用如下技术方案：

用于乙炔/二氧化碳和乙炔/甲烷选择性分离吸附的金属有机框架材料的制备方法，包括如下步骤：