[发明专利]制备基于吡嗪基的多孔金属-有机框架材料用于轻烃化合物的吸附/分离

说明书

本发明针对传统手段分离轻烃化合物具有高危险性、低效性、高耗能等问题，创造性地设计开发含有吡嗪金属配体的金属‑有机框架材料作为具有广泛适用性的新型多孔材料，其在轻烃化合物的分离提纯中表现出了显著的优势。所合成的金属‑有机框架材料对多种轻烃化合物(C4烃类/C3烃类/C2烃类/CO₂/N₂)的混合物都具有很优秀的分离效率，其稳定性和大规模生产性也能够满足工业化的要求。此所合成的金属‑有机框架材料解决了轻烃化合物分离效果不理想、高危和高耗能等问题，同时大大提高了金属‑有机骨架材料的工业应用价值。

技术领域

本发明属于轻烃化合物分离的领域，具体涉及制备多孔金属-有机框架材料用于多种轻烃混合物C₄H₆/C₄H₈、C₃H₄/C₃H₆、C₂H₂/C₂H₄、C₂H_2/CO₂、C₂H₂/CH₄、C₂H₄/C₂H₆、CO₂/N₂等高价值工业原料气和烟道气的分离和提纯。

背景技术

分离提纯高价值的化学品是重要的工业工程，每年消耗大量的能量。如果能够利用高效的分离提纯方法，以美国的石化、化工行业和造纸业为参照，每年能够减少一亿吨的二氧化碳排放和40亿美元的资金花费。目前工业上常用的分离方法主要包括蒸馏和萃取等低效、高耗能、高危险的方法。同时这些传统的方法不可避免的产生大量的二次污染物对环境也是具有很大的危害。因此寻求高效，环境友好的分离提纯方法是工业界和学术界研究的重点。

目前吸附分离法是工业界和学术界广泛研究的重点，也是高效分离提纯的重要突破点。吸附分离法主要原理有两种，包括化学吸附和物理吸附。其中物理吸附具有更好的综合效能，其在工业化应用中表现出了更大的潜力。目前利用物理吸附的原理来达到分离目的的两种策略分别是柱分离和膜分离。因此分离柱的填充材料和成膜的材料成为了影响分离效果好坏的关键因素。这些材料通常是具有良好透过性的多孔材料。主要包括：分子筛、活性炭等。他们通常具有高透过性，高稳定性等特点。目前研究表明影响分离效能的因素主要有以下几点：1，透过性；2，选择性；3，结构稳定性。因此工业界和学术界研究的重点就是设计合成具有高选择性、高稳定性和良好透过性的多孔材料。

目前能够对多种轻烃化合物和含二氧化碳的混合气体同时具有良好的分离性能，且各方面性能接近工业应用的材料却极为少见。本申请针对传统多孔材料结构调节性差、分离性能单一、新兴多孔材料普遍稳定性不高、合成复杂等问题，创造性地设计合成了一系列孔道环境可调，稳定性良好，选择性和透过性都十分优异的可以替代传统材料在轻烃化合物和含二氧化碳的混合气体分离方面的多孔金属-有机框架材料。作为多孔材料领域的新兴成员，多孔框架材料特别是金属-有机框架材料（MOFs），凭借高比表面积、结构多样、易于修饰、孔道大小可调、优良的热稳定性及化学稳定性等优点，其在气体吸附与分离、传感器及催化等领域的具有广泛的应用前景。