[发明专利]一种用于高效分离混合气体的金属有机框架材料及其制法与应用

说明书

本发明提供了一种用于高效分离混合气体的金属有机框架材料，其化学式为(C₁₆H₁₀CoN₄O₄)·3H₂O，所述金属有机框架材料的晶胞参数为：α＝90°，β＝95.81°，γ＝90°。本发明提供的金属有机框架材料，其孔径约为由于该金属有机框架材料具有特定孔道结构的动态筛分作用，可从任意比例的丙烯和丙烷混合物中分离出高纯丙烯，同时也能从乙炔和乙烯混合物中分离高纯乙烯。

技术领域

本发明属于化学技术领域，具体涉及一种用于高效分离混合气体的金属有机框架材料及其制法与应用。

背景技术

丙烯(C₃H₆)作为化学工业中最重要的化工原料之一，是三大合成材料的基本原料，是聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷、丙烯酸、丁辛醇等重要化工产品的主要原料，其年产量超过1亿吨；而大部分丙烯是从石油裂解气的C3馏分中回收的，其中主要副产物是丙烷(C₃H₈)，工业生产的C₃H₆通常含有40％～50％的C₃H₈。目前工业上分离丙烯丙烷的主流方式是低温蒸馏技术，利用沸点的微小差异来实现分离，但能耗极高。同时，乙烯也是另一种重要的化工产品，其产量达到亿吨级别，在石化产品中占据重要位置。聚合级乙烯的生产往往需要移去微量的乙炔(1％)，但是乙烯和乙炔有相似的物理性质，一般很难分离。为了得到聚合级乙烯，工业上往往需要低温高压精馏，而这一过程需要消耗巨大的能量，这会大大提高了生产的成本。

近年来，金属有机框架(MOFs)作为易设计调控的新一代多孔材料引起了广泛的关注。目前，分离丙烯丙烷和乙烯乙炔通常使用的方法是利用开放金属位点(OMSs)与烯烃选择性配位形成π络合物，但单靠OMSs可能不足以在一个吸附解吸循环中产生高纯度的烯烃，因为它们也在一定程度上通过极化与烷烃相互作用。而在金属有机框架中定制精确的孔径和形状，通过定制介于被分离化合物动力学直径之间的孔径，利用分子筛分机制分离丙烯丙烷和乙烯乙炔，这种分离机制产生的共吸附最小，选择性最大，是较为理想的分离机制。

因此，研究出一种能同时分离丙烯/丙烷和乙烯/乙炔混合气体的金属有机框架材料具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种在室温和一个标准大气压下，用于从丙烯/丙烷和乙烯/乙炔混合气体中有效分离丙烯和乙烯的金属有机框架材料及其制法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于高效分离混合气体的金属有机框架材料，其化学式为(C₁₆H₁₀CoN₄O₄)·3H₂O，所述金属有机框架材料的晶胞参数为：α＝90°，β＝95.81°，γ＝90°。

上述用于高效分离混合气体的金属有机框架材料，采用如下制备方法获得：

(1)采用有机溶剂对配体5-(3-甲基-5-吡啶-1,2,4-三氮唑)间苯二甲酸和金属钴盐进行溶解，得到混合溶液；

(2)将上述混合溶液置于烘箱中，从室温加热至120～140℃，在温度120～140℃下，保温24～72h，之后冷却至室温，过滤、洗涤、干燥，得到紫色晶体；

(3)将上述获得的紫色晶体用有机溶剂清洗多次，然后放入温度为150℃和大气压为5～6μmHg条件下进行活化，活化时间为22～24h，即得到金属有机框架材料。