[发明专利]一种刚柔相济骨架的金属有机框架材料的制备方法及所得产品和应用

说明书

本发明公开了一种刚柔相济骨架的金属有机框架材料的制备方法及所得产品和应用，首先通过室温溶剂法得到均相晶体材料ZJU‑194，然后将得到的晶体材料进行多次溶剂交换，最后在室温、真空状态下进行活化，以去除材料孔洞内的溶剂分子，得到刚柔相济骨架的金属有机框架材料ZJU‑194a。本发明首次以高氯酸根作为无机侨联阴离子，成功构筑了有机‑无机杂化的阴离子金属有机框架材料。凭借对Csubgt;2/subgt;Hsubgt;2/subgt;与COsubgt;2/subgt;选择性“孔道开闭”属性，ZJU‑194a具有较高的Csubgt;2/subgt;Hsubgt;2/subgt;/COsubgt;2/subgt;选择分离系数(22.4)，该性能优于目前报道的大多数金属有机框架材料。

技术领域

本发明涉及一种刚柔相济骨架的金属有机框架材料的制备方法，还涉及按照此方法得到的产品以及该产品在高效C₂H₂/CO₂选择分离吸附中的应用，属于气体吸附与分离技术领域。

背景技术

乙炔(C₂H₂)，作为一种非常重要的化工原料，广泛应用于石油化工与电子工业等领域。然而，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二氧化碳(CO₂)杂质。因此，实现C₂H₂/CO₂的高效分离吸附至关重要。目前工业上用于乙炔纯化的低温精馏和溶剂萃取技术能耗大、环境污染重。相较下，基于多孔吸附剂材料的物理分离技术有望提供一种高效、环保的替代方法。

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)作为一类新兴的多孔晶体材料，由于其高度可调的孔结构与孔化学环境等优势，在气体存储与分离领域显示出巨大的应用潜力。气体分子的吸附通常由MOFs网络骨架与气体分子的相互作用力所驱动，而这些相互作用力主要取决于MOFs的孔隙大小和孔化学性质。由于C₂H₂和CO₂具有非常相似的分子大小与形状，仅仅借助MOFs的孔隙约束策略难以获得高的C₂H₂/CO₂分离性能。因此，研究人员通过创建包括开放金属位点、氢键受体等功能位点来选择性地加强MOFs与C₂H₂的相互作用力。然而，已报道的具有大孔结构的功能化MOFs虽然可以实现大量C₂H₂的吸附，但是其足够大的孔隙空间同样会导致相当多的CO₂共吸附。因此，同时优化孔隙大小与功能位点对于构建高效C₂H₂/CO₂分离的MOFs吸附剂至关重要。