[发明专利]具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物及其制备方法

说明书

本发明涉及无机化学和材料化学科学领域，公开了一种具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物，其化学式为[Cdsubgt;2/subgt;(dpip)subgt;2/subgt;(DMF)(Hsubgt;2/subgt;O)]·3Hsubgt;2/subgt;O,式中dpip为脱质子的4,6‑二(吡啶‑4‑基)间苯二甲酸，DMF为N,N‑二甲基甲酰胺。并公开了所述化合物的制备方法。本发明是采用吡啶‑羧酸双功能配位基团配体，制备新型的吸附分离乙炔‑乙烯的多孔金属有机框架材料，步骤简单、易操作、设备要求低；制备得到的MOF化合物是含有一维孔道的三维框架结构，该材料对乙炔表现出较高的吸附量，但是对乙烯的吸附量较少，因此具有优异的乙炔‑乙烯吸附分离的功能。

技术领域

本发明涉及无机化学和材料化学科学领域，特别涉及一种具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物及其制备方法。

背景技术

乙炔作为一种重要的燃料气体，同时也是制备纤维、塑料、乙烯基化合物等多种日用化学品的基本原料，在石油、化工、能源等领域具有举足轻重的作用。乙炔主要来源于石油的裂解过程，因此乙炔中往往含有一定量乙烯等杂质气体。从乙炔和乙烯混合物中纯化乙炔对于乙炔在工业中的高效使用具有重要的经济意义和价值。

金属有机框架，简称为MOF，是一种由金属中心和有机配体通过配位键相互连接而形成的具有周期性网络结构的多孔固体材料。相比于传统的多孔碳、沸石等材料，MOF的特点在于结构的可设计性、孔尺寸的可调控性，以及孔表面的可修饰性，因此MOF在催化、磁性、分离、药物传输等众多领域，具有非常重要的应用前景。在众多有机配体中，吡啶-羧酸配体通常可以形成结构多样的MOF，其中羧酸基团具有多种配位模式，而吡啶基团可以与二价过渡金属离子形成稳定的配位键。将间苯二甲酸配体苯环上4位和6位的氢原子用吡啶基团取代，可与金属离子在四个方向上配位，容易形成开放通道结构，有利于气体分子在吸附分离过程中的转移。相关材料的合成具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物及其制备方法。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物，化学式为[Cd₂(dpip)₂(DMF)(H₂O)]·3H₂O,式中dpip为脱质子的4,6-二(吡啶-4-基)间苯二甲酸，DMF为N,N-二甲基甲酰胺。

所述的具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物，具有三维框架结构，含有一维四边形孔道，孔隙率为55.6％，兰格缪尔比表面积为699.6m²g^-1。

具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物的制备方法，采用溶剂热合成方法，以四水合硝酸镉和4,6-二(吡啶-4-基)间苯二甲酸为原料，具体包括以下步骤：

(1)将四水合硝酸镉和4,6-二(吡啶-4-基)间苯二甲酸加入到N,N-二甲基甲酰胺-乙醇-三氟乙酸混合溶剂中；

(2)将步骤(1)得到的混合液置于反应釜中，密闭加热到110～120℃并保持70～80小时；

(3)以4～6℃/小时的速度将反应釜中的温度冷却到室温，得到淡黄色块状晶体；

(4)将步骤(3)获得的淡黄色块状晶体在二氯甲烷中交换，然后在真空条件下活化，自然冷却到室温，得到具有乙炔和乙烯吸附分离功能的MOF化合物。

优选的，所述四水合硝酸镉和4,6-二(吡啶-4-基)间苯二甲酸的摩尔比为2:1。

优选的，所述N,N-二甲基甲酰胺:乙醇:三氟乙酸的体积比为4:1:0.05。