[发明专利]金属‑有机框架的分离

说明书

交叉引用

本申请要求2015年5月27日提交的澳大利亚临时专利申请第2015901950号的优先权，其内容应理解为通过引用并入本说明书中。

技术领域

本发明通常涉及用于分离金属-有机框架(MOF)的方法、系统和设备。本发明特别适用于从含有MOF的溶液中分离MOF，以及从MOF中分离存在于MOF中且围绕MOF的污染物，并且将便利的是，其后关于那些示例性应用公开本发明。然而，应当理解，本发明不限于该应用并且可以用于任何MOF的分离或纯化步骤、工艺、系统和/或设备中。

发明背景

以下对本发明背景的讨论旨在促进对本发明的理解。然而，应该理解，该讨论不是确认或承认所提及的任何材料截止本申请的优先权日被公布、是已知的或是公知常识的一部分。

金属-有机框架(MOF)是一类有前途的多孔材料，具有可调功能、大孔径和最高的已知表面积。这些特性高度有益于大量的工业应用，诸如气体储存、气体分离、药物递送和催化。然而，到目前为止，这些材料的成本仍然高得惊人，从而限制这些材料对预期的市场或技术产生重大影响的能力。在学术文献中描述的成千上万的MOF中，只有七种MOF是可商购的，限于少量(克)的可用性。

获取MOF的潜在应用的重要要求是以经济价格点大量(kg规模或更高)常规地合成MOF材料的能力。这样的工艺需要是通用的、有效的和可缩放的合成，该合成能够大量生产MOF，以便将这些材料引入现实世界的应用。

然而，由于延长的反应时间(～24小时)和低品质的材料收率，传统的实验室路线例如经典溶剂热合成难以放大。此外，多种多样的可获得的综合合成方法(synthetic synthesis method)具有单一性质，这为任何预期的生产工艺提供固有的不灵活性。

合成后的大规模处理步骤例如清洁、分离和活化对于高品质MOF材料的成本有效的生产也可能是至关重要的。

存在许多已知的固液分离技术，包括离心机、旋风分离器、静电沉淀器、沉降室、分级机或过滤器以及蒸发。然而，MOF颗粒的小尺寸、它们在溶剂中的低浓度以及其接近溶剂的密度的密度(由于高孔隙率)，使得使用大多数常规方法以工业规模进行分离不可行、低效或昂贵。

已知沉降式离心机或管式离心机用于处理小至100nm的固体，而湿式静电沉淀器还能够以98％的效率处理高于50nm的颗粒以及以95％的效率处理大于100nm的颗粒。然而，通常需要高资本投资，并且这种类型的设备还通常具有高的总体功率消耗。

当在压力(典型地，连续转鼓为2-15巴，或分批为3巴至70巴)下操作时，或当使用套筒或砂(填充床)过滤器(分批操作)时，液-固过滤器可以处理小至500nm的颗粒。然而，在整个分离阶段中需要高压降的过滤器随着时间经历结垢，而加压转鼓过滤器具有非常高的资本成本。

因此，将期望提供一种从污染物中分离和/或纯化溶液中的MOF，而不破坏多孔MOF的完整性的新的和/或改进的方法。

发明概述

本发明提供能够分离和/或纯化溶液中的金属有机框架(metal organic framework)内容物的新的分离设备、系统和方法。本发明还涉及用于洗涤和/或纯化金属-有机框架以从溶液中的金属有机框架的孔内除去污染物例如包藏的未反应的配体的方法、系统和设备。

在第一方面，本发明提供从溶液中分离金属有机框架(MOF)的方法，包括：

提供含MOF的溶液；

使含MOF的溶液与声反射器表面接触，使得应用在含MOF的溶液内的任何高频超声波反射离开所述声反射器表面；以及

将至少20kHz、优选地在20kHz至4MHz之间、更优选地500kHz至2MHz、还更优选地在800kHz和2MHz之间、并且还更优选地在1MHz和2MHz之间的高频超声波应用到所述含MOF的溶液；

从而使MOF作为从溶液中沉降出的聚集沉降物(aggregated sediment)与溶液大体上分离。

在一些实施方案中，使用至少400kHz的高频超声波。