[发明专利]一种超微孔dia-a网络拓扑结构的MAF-stu-13材料及其合成与应用

说明书

本发明涉及一种具有超微孔dia‑a网络拓扑结构的MAF‑stu‑13材料，化学式为{[Zn(MIBA)subgt;2/subgt;]}subgt;n/subgt;，n为非零自然数，MIBA为4‑(2‑甲基咪唑)苯甲酸基；属于四方晶系，P4nc空间群，在c轴方向存在一维孔道，且具有优异的热稳定性及化学稳定性。MAF‑stu‑13能够实现快速大量合成，提出了一种一般MOFs材料难以大量合成的解决方案，材料合成过程为：将一定比例的金属锌盐、配体HMIBA以及DMF溶剂置于耐压瓶中并密封处理，通过溶剂热反应，在120℃条件下加热搅拌1h。本发明的具有超微孔dia‑a网络拓扑结构的MAF‑stu‑13材料能够在Bz和CH混合液中特异性吸附Bz，并将Bz从框架中洗脱出来，其纯度高达99.4％，从而实现Bz/CH的液相吸附分离。同时MAF‑stu‑13能够从商业纯CH中提取一定量的Bz。MAF‑stu‑13能够特异性吸附Bz是基于尺寸排阻和超分子绑定的协同效应。

技术领域

本发明涉及金属-有机框架领域，尤其涉及一种超微孔dia-a网络拓扑结构的MAF-stu-13金属-有机框架材料及其在苯(Bz)和环己烷(CH)混合液中特异性吸附Bz，从而实现Bz/CH的液相吸附分离。

背景技术

近年来，随着全球对石化原料需求的不断扩大，能源危机、环境污染逐渐成为国内外迫切需要解决的重大问题。其中，环烃化合物(C₆)在石油化工领域中具有重要意义，而它们的分离更是被誉为“改变世界的七大化学分离”之一。总所周知，苯(Bz)虽然是重要的石油化工原料之一，但它却是一种公认的挥发性有机化合物。相比之下，环己烷(CH)不仅是制造涂料、树脂、尼龙纤维等的重要原料，更是化学工业中生产环己醇、己内酰胺、环己酮等的原料，CH在工业和环境领域中扮演着非常重要的角色。由于Bz和CH具有相似的物理化学性质，其沸点、分子几何构型及Lennard-Jones碰撞直径相似，导致其分离难度大，因而在石油化工领域中Bz和CH的分离被列为最具挑战性的分离之一。在化学工业中，常用的萃取精馏方法存在成本昂贵、工艺复杂、能源消耗大等缺陷，所以并不适合Bz和CH的分离。在过去的几十年里，CH主要是在催化剂条件下通过Bz加氢制备，但其产物中依然存在未反应的Bz，导致难以满足分离得到高纯度Bz/CH的需求。所以，开发具有分离提纯功能的新型材料是减少环境污染等方面的重要手段，更是减缓全球能源消耗持续增长的关键因素，这俨然已成为重大需求牵引的关键科研课题。

金属-有机框架(metal-organic frameworks，MOFs)是一类由金属离子/团簇和多基有机连接物自组装而成的新型晶体多孔材料，其结构周期性的特点能够展现出多种多样新颖的网络拓扑结构，并且在吸附分离、异相催化、气体储存、发光性质等领域具有潜在的应用价值。作为晶态有序的多孔材料，MOFs用于吸附分离具有不可替代的优势：(1)孔洞规整有序，尺寸可调，从超微孔到微孔再到介孔均可实现；(2)孔洞内部可以进行金属位点、官能团、形状的设计，相当于一种原子尺度的精细雕刻。(3)可以方便地进行合成后修饰，还可以实现多种多样的复合材料。基于以上优点，MOFs作为一种新型功能材料特别是在吸附分离方面具有很好的应用价值，工业界和学术界的科学家正致力于开发廉价、高效率及能耗低的新型MOFs材料来取代传统方法是必然的趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超微孔dia-a网络拓扑结构的MAF-stu-13金属-有机框架材料，能够在Bz和CH混合液中特异性吸附Bz，并将Bz从框架中洗脱出来，其纯度高达99.4％，从而实现Bz/CH的液相吸附分离。同时，通过溶剂热反应可以实现该材料的快速大量合成，提出了一种一般MOFs材料难以大量合成的解决方案。MAF-stu-13能够从商业纯CH(≥99％)中提取一定量的Bz，解决了MOFs材料难以满足分离得到高纯度Bz/CH的需求。MAF-stu-13能够特异性吸附Bz是基于尺寸排阻和超分子绑定的协同效应。