[发明专利]一种金属有机框架材料和制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种金属有机框架材料和制备方法及应用，将六水合硝酸镍、4,4'‑联吡啶和4‑(5‑四唑基)‑苯甲酸加入由N,N‑二甲基甲酰胺、乙醇、水和氢氟酸组成的混合溶剂中搅拌均匀后得到混合液，其中：混合溶剂包括水、乙醇、N,N‑二甲基甲酰胺和氢氟酸；将得到的混合液置于密闭的高压反应釜中，加热到110～120℃并保温65～85小时，然后以每分钟0.1～0.2℃的速度冷却到室温得到反应产物；过滤得到的反应产物，得到绿色块状晶体；将得到的绿色块状晶体用甲醇交换48～96小时，然后在180℃下真空加热4～8小时，即得到金属有机框架材料，金属有机框架材料用于C₂H₄和CH₄混合气体中对C₂H₄的选择性吸附分离。

技术领域

本发明涉及无机和材料化学科学领域，特别是一种金属有机框架材料和制备方法及应用。

背景技术

低碳烃化合物是重要的能源化学品，在石油化工领域中扮演了非常重要的角色。不论是在化学品制备还是作为能源使用，得到高纯度的低碳烃都是至关重要的。而实现乙烯(C₂H₄)和甲烷(CH₄)的分离是非常重要的工业过程。作为天然气的主要成分，甲烷是一种高效的清洁能源，是取代化石燃料最具潜力的能源之一；乙烯是合成纤维、合成橡胶、合成塑料(聚乙烯及聚氯乙烯)、合成乙醇的基本化工原料，是石油化工产业的核心。对这二者进行分离提纯具有重要的现实意义。目前工业上主要采用低温精馏法对烷烃小分子进行分离和提纯。但由于乙烯与甲烷的沸点和分子尺寸非常接近，采用传统的低温精馏法效率低下、能耗高。针对以上问题，采用金属有机框架材料可以有效选择性分离乙烯和甲烷。

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks,MOFs)，作为一种多孔材料，是由金属离子或簇与有机配体通过分子自组装形成。由于金属离子、有机配体和官能团的多样性，组合形成的MOFs种类千变万化。相比于分子筛、活性炭等传统的多孔材料，金属有机框架材料最大的特点是可以通过改变不同分子尺寸的有机配体，从而达到调节孔道结构、修饰孔道表面的目的。因此，多孔的金属有机框架材料可以作为一种新型吸附剂，在低碳烃化合物分离领域具有优异的性能。一般情况下，具有强吸附能力的金属有机框架材料大多数是由单纯羧酸类配体合成的，通常结构不够稳定。而在其中引入氮唑基团后可以有效解决这一问题，所形成的金属有机框架材料稳定性更加优异的同时也更能满足实际的应用条件。乙烯这种小分子烯烃主要通过石油裂解和烷烃脱氢反应制备，通常混有甲烷等烷烃成分，去除其中的链烷烃杂质是获得高纯度乙烯的关键步骤。因此，捕获分离乙烯对于石油化工业具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是要针对上述现有技术存在的问题做出改进，提供一种金属有机框架材料和制备方法及应用，制得的金属有机框架材料具有很好的稳定性，能有效地用于C₂H₄和CH₄混合气体中对C₂H₄的选择性吸附分离。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种金属有机框架材料，所述金属有机框架材料的化学式为[Ni(tzba)_0.5(F)(bipy)]，式中：tzba为4-(5-四唑基)-苯甲酸的负二价阴离子配体，其结构式为：bipy为4,4'-联吡啶，其结构式为：

进一步地，所述金属有机框架材料的比表面积为700m²/g。

另外，本发明还提供了一种金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤：