[发明专利]精确筛分CO2/N2的方法

说明书

本发明提供一种精确筛分CO₂/N₂的方法，是使用离子液体与ZIF‑8所形成的复合材料进行气体分离的方法；其中，所述的离子液体是由1‑丁基‑3‑甲基咪唑阳离子和双三氟甲磺酰亚胺阴离子构成。通过使用离子液体[BMIM][Tf₂N]对ZIF‑8笼的占据修饰实现对ZIF‑8笼径的调变，改善了ZIF‑8孔道的分子筛分能力。使用该改性处理后的ZIF‑8材料，实现对CO₂/N₂的吸附选择性，从而实现分离。

技术领域

本发明涉及一种气体分离的方法，尤其涉及利用改性的沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)进行气体分离的方法。

背景技术

沸石咪唑酯骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks,以下简称ZIFs)。ZIFs材料具有丰富的孔道结构，较大的比表面积，较高的热稳定性和易于后修饰的特性。一些ZIFs材料还对某些小分子气体(如H₂、CO₂、CH₄等)具有良好的亲和性。这为这类材料在气体吸附和分离领域的应用奠定了良好的基础。ZIF-8是其中最具应用前景的材料之一。ZIF-8六元孔窗直径为0.34nm，方钠石(SOD)笼径为1.10nm，其孔窗能够截留尺寸较大的N₂(0.364nm)和CH₄(0.38nm)而使CO₂(0.33nm)顺利通过，也就是说，理论上ZIF-8材料可用于CO₂/CH₄、CO₂/N₂的分离。然而，在我们的研究中发现，实际的应用结果与预测并不一致，ZIF-8材料在应用至实际CO₂/N₂混合物分离时达不到预期的选择性。据分析，这是由于咪唑配体的振动导致的骨架柔性而致。因此，急需有效的方法来解决上述问题，从而提供更具有产业应用价值的分离方案。

发明内容

本发明的目的在于提供精确筛分CO₂/N₂的方法，是使用离子液体与ZIF-8所形成的复合材料进行气体分离的方法；其中，所述的离子液体是由1-丁基-3-甲基咪唑阳离子(BMIM)和双三氟甲磺酰亚胺阴离子(Tf₂N)构成。

即本发明中使用了离子液体修饰后的ZIF-8材料进行混合气体CO₂/N₂的分离。从表征参数来看，离子液体[BMIM][Tf₂N]对ZIF-8的修饰是通过占据其孔笼的空间位置，从而限制ZIF-8结构中咪唑环的柔性变化而实现孔笼孔径的控制，进而实现分离的。

本发明中复合材料[BMIM][Tf₂N]@ZIF-8通过下述方法制备：

(1)合成ZIF-8：室温下按照摩尔比例Zn²⁺：xmIm：yCH₃OH反应，x＝2～8,y＝200～800，合成时间为1～24小时；

其中，Zn²⁺来自可溶性的锌盐，mIm代表2-甲基咪唑，CH₃OH代表溶剂甲醇；Zn²⁺，可举例但不限于Zn(NO₃)₂·6H₂O，Zn(NO₃)₂·4H₂O，ZnCl₂，Zn(OAc)₂·2H₂O；

(2)步骤(1)合成所得到的ZIF-8固体用甲醇或乙醇洗涤3～5次，然后在30～100℃条件下烘干12～48小时；

(3)将步骤(2)制得的产物浸渍于低碳醇和离子液体[BMIM][Tf₂N]的混合溶剂中，于50℃～180℃条件下浸渍处理1～96小时；