[发明专利]一种金属有机框架化合物和制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种金属有机框架化合物和制备方法及应用，属于无机和材料化学科学领域。其制备方法是将一定比例的硝酸锌和2‑(1氢‑1,2,4‑三氮唑‑1‑基)对苯二甲酸溶于有机溶剂中，在120～130℃恒温60～72h后得到的。本发明中使用含有三氮唑基团的对苯二甲酸和锌金属盐制备金属有机框架化合物，所制备的化合物在有效吸附乙烷并且高效将甲烷和乙烷分离方面具有潜在的应用价值。

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化合物和制备方法及应用。

背景技术

甲烷是一种被广泛使用的清洁能源，其主要来自于沼气和天然气，然而，其中混有大量的二氧化碳和饱和烃类，如乙烷和丙烷。分离纯化天然气不但提升天然气的品质，而且为生产乙烯和液化石油气等工业过程提供了原材料。传统的分离方式需要极高的能耗且对环境造成极大的污染。所以使用多孔材料吸附分离被认为是一种最可靠的方法，开发新一类的吸附分离材料至关重要。

由于金属有机框架化合物(简称为MOFs)拥有高比表面积、可调控的孔径和可修饰的孔表面等特点，这使其作为一类新兴的晶态多孔材料在吸附分离领域引人注目。审慎地选择次级构筑单元以及合理地设计有机配体是得到具有特定功能MOFs的两个关键因素，尤其是有机配体的选择对MOFs的结构和性质起到决定性的影响。对苯二甲酸和氮杂环配体，譬如吡啶、三氮唑和四氮唑等，是两类经典的、被广泛使用的配体。其中，对苯二甲酸可以提供丰富的配位模式以及与金属离子形成新颖多变的次级构筑单元；氮杂环配体则能与金属离子形成更强的配位键，增强MOFs的结构稳定性。尽管这两类配位基团分别具有很多优点，然而目前有关同时含有对苯二甲酸和氮唑双功能配位基元的配体形成的MOFs的报道还很少见，制备相关的MOFs并用于甲烷和乙烷的吸附分离具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是要解决现有技术中存在的不足，提供一种金属有机框架化合物和制备方法及应用，通过用简便的合成方法制备含有开放氮活性位点的多孔金属有机框架化合物，用于甲烷和乙烷混合气体中对乙烷的选择性吸附分离。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种金属有机框架化合物，所述金属有机框架化合物的化学式为：{[Zn(tztp)]·DMA}_n，式中tztp为脱质子的2-(1氢-1,2,4-三氮唑-1-基)对苯二甲酸，所述tztp的结构式为：

所述DMA为N,N-二甲基乙酰胺；该金属有机框架化合物为含有菱形孔道的三维骨架结构，孔道的表面含有开放的氮活性位点。

另外，本发明还提供了一种金属有机框架化合物制备方法，包括以下步骤：

1)取1.8～2.2摩尔份的Zn(NO₃)₂·6H₂O，0.9～1.1摩尔份的2-(1氢-1,2,4-三氮唑-1-基)对苯二甲酸溶于310～330摩尔份N,N-二甲基乙酰胺和1650～1690摩尔份水的混合溶液中；

2)将步骤1)得到的混合物密闭在容量为15mL的聚四氟乙烯反应釜中，加热到120～130℃并恒温60～72小时，然后以每分钟0.1～0.2℃的速度冷却到室温；

3)取出反应釜后，过滤产物，得到无色块状晶体；

4)将步骤3)获得的无色块状晶体用二氯甲烷交换48～60小时，然后在真空和100～120℃温度下活化6～8小时，得到所述金属有机框架化合物。