[发明专利]一种配位聚合物多孔材料MAF‑49及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于微孔配位聚合物多孔材料技术领域，更具体地，涉及一种配位聚合物多孔材料MAF-49及其制备方法与应用。

背景技术

多孔配位聚合物(PCP， Porous Coordination Polymer)，或金属有机框架(MOF，Metal-Organic Framework)，是一类晶态多孔材料。它是通过无机金属中心或簇与有机配体通过配位键相互连接而成的具有周期性网络结构和规则孔道的配合物。与传统的活性炭和无机多孔材料相比，其不仅具有更加丰富多样的结构，且其可控的孔径大小、可修饰的孔道表面与选择性吸附功能是传统多孔材料无法媲美的。通过功能性金属离子或簇的引入或者是在有机配体上引入官能团，都可以赋予或者是改善该材料气体吸附与分离、光电磁以及催化等性能。这些优点使该材料在气体储存与分离、离子交换、光学、电学、磁学等领域具有潜在的应用价值。

例如，作为工业上最重要的工艺之一的乙烯乙烷分离，其能耗非常高（7 GJ t^-1），占乙烷生产成本的75-85%。因此，低能耗而且高效的分离方法受到许多科学家的研究和关注。目前，已经有一些多孔配位聚合物能在室温常压条件下分离乙烯乙烷，很大程度上节约了能耗和降低了分离的成本，是一种非常具有发展前景的分离方法。然而，现有材料单次分离得到的乙烯纯度最高为99%，需要多次提纯才能达到聚合级99.95%+要求。

鉴于比，本发明寻求提供一种配位聚合物材料，能够解决现有技术中分离纯化过程中能耗高且分离效率达不到聚合级要求的问题。

发明内容

本发明的目的在于根据现有微孔配位聚合物多孔材料技术的不足，提供了一种配位聚合物多孔材料MAF-49。

本发明的另一个目的在于提供所述多孔材料MAF-49的制备方法与应用。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种配位聚合物多孔材料MAF-49，所述MAF-49的化学式为[Zn(batz)]，其中batz^2-代表配体双（5-氨基-1H-1,2,4-三唑-3-基）甲烷 H₂batz 脱去质子后的阴离子，所述多孔材料MAF-49结晶在三方晶系，P3₁21空间群，a = 9.6963 Å，c = 20.126 Å；

所述MAF-49是通过batz^2-与三个四配位的Zn²⁺离子连接形成的具有一维孔道的三维框架结构，其孔洞率为29%。

本发明配位聚合物多孔材料MAF-49的制备方法由配体H₂batz与锌盐在溶剂中反应得到。

优选地，所述配体和锌盐的反应摩尔比为1:1，所述溶剂为氨水与水的混合溶液，反应温度为160 ℃，反应时间为3 d。

本发明提供的MAF-49不仅具有很好的热稳定性和化学稳定性，而且在实用的气体分离应用方面具有非常出色的性能。

优选地，所述小分子气体为甲烷、二氧化碳、乙烷或乙烯。

优选地，所述MAF-49用于吸附甲烷/乙烷混合气体中的乙烷，得到高纯度的甲烷。可应用于天然气中提取乙烷，同时分离得到高纯度的甲烷。

优选地，所述MAF-49用于吸附乙烯/二氧化碳混合气体中的乙烯。可应用于从乙烯的环氧化副产物中资源回收乙烯。

优选地，，所述MAF-49用于吸附二氧化碳和甲烷混合气体中的二氧化碳，得到高纯度的甲烷。可应用于通过优选吸附二氧化碳分离垃圾填埋气得到高纯的甲烷。

优选地，所述MAF-49用于吸附乙烯乙烷混合气体中的乙烷，得到高纯度的乙烯。

特别地，所述多孔材料MAF-49可以作为吸附固定床填料应用于从乙烯/乙烷混合气体中直接分离纯化高纯度乙烯，乙烯的纯度达到聚合纯度度要求99.95%，而且，在工业条件下，即对于15:1的乙烯乙烷混合气，单次分离得到的乙烯纯度高达99.995%，同时具有比较高的工作容量。相比较工业上现有所用的乙烯提纯工艺，不仅能够提高其纯化效率，更重要的是，该配合物合成步骤简单，原料易得，能够大大降低现有的乙烯合成及分离能耗问题。

因此，本发明MAF-49材料作为吸附客体分子，用于制备存储、分离、催化、传感、分子识别或热交换材料，具备极好的应用前景。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：