[发明专利]可变温操作的金属有机框架膜在沼气中提取甲烷的应用

说明书

本发明公开了可变温操作的金属有机框架膜在沼气中提取甲烷的应用。该方法包括：（1）将金属盐溶解于溶剂中得到金属盐溶液，然后将配体加入所述金属盐溶液中，超声溶解得到前驱溶液；（2）将基底浸入步骤（1）所述的前驱溶液中，施加恒定电流进行反应制备金属有机框架膜；（3）将步骤（2）中所述的金属有机框架膜组装成膜组件后用于提取沼气中甲烷。该膜具有良好的变温操作稳定性，在不同的温度下具有不同的分离性能，且可重复操作。制备速度极快，操作流程极简单的制备工艺和良好的气体分离性能使得本发明涉及的金属有机框架膜在工业上的应用成为可能。

技术领域

本发明属于金属有机框架膜应用于气体分离领域，具体涉及到将金属有机框架膜应用到沼气体系中，通过去除二氧化碳气体进而得到清洁能源甲烷。

背景技术

21世纪以来，由于不可再生能源如煤、石油和天然气等化石燃料的不断消耗，进而引发的全球能源危机的问题已日益引起广泛的关注。因此，目前急需寻找一种新型可再生清洁能源来抑制能源危机的进一步扩大化。甲烷作为一种新型清洁能源，在所有的碳氢化合物中具有最高的氢碳比，可用于发电、烹饪、热源和燃料等多个方面。作为化石燃料的最有前景的一种能源替代品，甲烷的使用不会伴随大量二氧化碳气体的排放，进而可降低温室效应的影响，是一种环境友好型的新型清洁能源。而甲烷的主要来源之一就是沼气，沼气作为一种可再生能源，其组成成分中含有大量的甲烷，但同时也含有大量的二氧化碳，因此，如何去除沼气中的二氧化碳进而得到高纯度的甲烷是我们面临的主要问题与挑战。

随着大量的实验研究结果证明以及人们的不断探索和总结，越来越多的人开始认同，膜分离技术将成为人类社会发展中的新一代分离技术。这是因为，与吸附分离、蒸馏和重结晶等分离手段相比，膜分离具有其特定的优势，比如：低能耗、高效率、易于加工制造、所花成本较低和可靠性高等。与沸石类似，金属有机框架膜具有极其规则的、高度有序排列的孔道以及超高的孔隙率和比表面积，这使其有望成为膜分离材料的绝佳候选者。虽然沸石膜已被广泛研究，但目前也只有少量的沸石膜被用于实际的化工分离过程当中。这可能是因为沸石膜的制备难度太高，因为在其制备的许多情况下都需要模板添加剂，而模板添加剂又需要在高温下烧灼出来以防止堵塞沸石膜的孔道。但是，高温的烧灼很有可能使沸石膜产生裂纹，进而大大降低沸石膜对气体的分离性能。相比于沸石膜，金属有机框架膜制备条件更温和，且该膜的形成过程中使用的模板剂为溶剂分子，因此模板剂从膜中的去除也更为容易。

金属有机框架膜的制备过程更为简便，且结构可调性更强，因此有希望应用于沼气中甲烷的提取。除此之外，在甲烷的提取过程中，高选择性有利于得到高纯度的甲烷产品，高透量有利于提高生产效率，在实际操作过程中，需要通过调节膜的操作温度，来调节膜的透量和选择性，然后对比不同条件下的结果找到最佳操作条件，从而实现最大生产效率。因此膜的变温操作稳定性及其重要。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供金属有机框架膜在沼气中高效提取甲烷的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现。

一种可变温操作的金属有机框架膜在沼气中提取甲烷的应用，包括以下步骤：

(1)将金属盐溶于溶剂中，得到金属盐溶液；将配体溶于上述金属盐溶液中，超声处理数分钟得到前驱溶液；

(2)将基底浸入步骤(1)所述的前驱溶液中，施加恒定电流进行反应，得到金属有机框架膜；

(3)将步骤(2)中所述的金属有机框架膜组装成膜组件后用于提取沼气中甲烷。

进一步优选的，所述的金属盐可溶性锌盐，如二水合醋酸锌；所述配体为可溶性有机配体，如2-甲基咪唑或苯并咪唑；所述溶剂为各类有机溶剂，如甲醇，所属基底为各类导电基底，如阳极氧化铝(AAO)。