[发明专利]配位聚合物多孔材料MAF-23在分离纯化C4烃类混合物和提取丁二烯中的应用

说明书

本发明提供了配位聚合物多孔材料MAF‑23在分离纯化C₄烃类混合物中的新应用，将MAF‑23应用于C₄烃类混合物的分离，可通过一步吸附直接得到高纯度的1,3‑丁二烯，同时具有比较高的工作容量。该分离纯化方法在常温常压下即可进行，操作简单，对环境友好，无需进行多次吸附—脱附操作。

技术领域

本发明涉及微孔配位聚合物多孔材料领域，更具体地，涉及配位聚合物多孔材料MAF-23在分离纯化C₄烃类混合物和提取丁二烯中的应用。

背景技术

1,3-丁二烯（简称丁二烯）是四大最重要的化工产品之一，通常从生产乙烯的副产物C₄烃类混合物中抽提。C₄烃类混合物成分复杂，主要的成分为1,3-丁二烯、顺-2-丁烯、反-2-丁烯、正丁烯、异丁烯、异丁烷和正丁烷。C₄烃类分子具有非常相似的物理性质，而且丁二烯容易聚合，因此分离难度很大。

在工业上，C₄烃类混合物的分离方法是有机溶剂萃取精馏分离，所用到的有机溶剂包括乙腈，N-甲基砒咯烷酮，和N,N-二甲基甲酰胺。这个方法存在比较多的缺点，除了需要大量对环境有害的有机溶剂外，还需要在高温高压条件下操作，而且需要比较高的分离塔板数，特别耗能。此外，为了防止1,3-丁二烯在高温环境中发生聚合，还需要加入阻聚剂。

为了节约能源和保护环境，非常有必要发展新的方法和材料用于在温和条件下分离纯化C₄烃类，尤其是纯化丁二烯。通常，将混合气体通过固定吸附床是一种非常简单和有效的分离方法，但前提之一是吸附剂具有足够高的吸附选择性和合适的吸附顺序。已知的吸附剂多数优先吸附丁二烯，但选择性很低；由配位不饱和金属离子修饰的多孔材料可以具有较高选择性，但对丁二烯和丁烯/异丁烯/2-丁烯等的选择性仍然很低；此外，这种优先吸附丁二烯的选择性意味着吸附分离过程后，还需要至少一个脱附过程才能获得所需的丁二烯；而且，残留在吸附床内的其它C₄烃类分子会污染脱附出来的丁二烯，降低产品的纯度，因此需要经过多次吸附—脱附过程才能达到所需纯度。如果存在一种吸附剂对丁二烯具有最弱的亲和力，或者优先吸附丁二烯以外的其他C₄烃类分子，那么将C₄烃类混合物流过这样的吸附剂，就能直接获得高纯度的丁二烯，从而解决以上的问题。虽然疏水型吸附剂具有这种吸附顺序，但其对烃类混合物的选择性极低，导致分离效果可忽略，难以应用。

多孔配位聚合物（PCP），也称金属-有机框架（MOF），是一种由金属离子和有机桥联配体通过配位键连接而成的晶态材料，具有结构丰富可修饰性强等优点，有望实现特殊的吸附选择性。

发明内容

本发明根据现有技术中的不足，提供了配位聚合物多孔材料MAF-23在分离纯化C₄烃类混合物尤其是提取丁二烯中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：