[发明专利]沸石咪唑酯骨架材料CHA-[Zn(2-mIm)x

说明书

本发明公开了一种具有CHA拓扑结构的沸石咪唑酯骨架材料CHA‑[Zn(2‑mIm)_x(mbIm)_2‑x]的制备方法和应用。本发明通过改变两种配体投料摩尔比合成了具有不同化学组成，BET比表面积和笼径的CHA‑[Zn(2‑mIm)_x(5‑mbIm)_2‑x]（x=0.70±0.02和x=0.83±0.03）材料。本发明提供的CHA‑[Zn(2‑mIm)_x(5‑mbIm)_2‑x]（x=0.70±0.02）优先吸附分子链短的丙酮，能够实现丙酮丁醇的位阻分离；CHA‑[Zn(2‑mIm)_x(5‑mbIm)_2‑x]（x=0.83±0.03）优先吸附丁醇，能够实现丁醇丙酮的热力学分离。

技术领域

本发明涉及一种具有CHA拓扑的沸石咪唑酯骨架材料CHA-[Zn(2-mIm)_x(mbIm)_2-x]的制备方法及其在吸附分离方面的应用。具体来说涉及一种通过调节2-甲基咪唑(2-mIm)和5(6)-甲基苯并咪唑(mbIm)在CHA-[Zn(2-mIm)_x(mbIm)_2-x]中的摩尔比改变其笼径，从而实现丁醇和丙酮分离的技术。属于无机功能材料应用领域。

背景技术

随着石油资源的短缺和环境问题的加重，生物燃料的优势日益突显出来。而以ABE（丙酮-丁醇-乙醇）发酵法生产的生物丁醇因其高的能量密度和辛烷值以及高热值和高调和性，成为一种极具潜力的生物燃料。然而，在ABE发酵法生产丁醇的过程中，得到的是含有乙醇、丙酮和丁醇的低浓度混合水溶液，这给生物丁醇的分离带来了困难。吸附分离法因为过程能耗低且选择性高，适用于传统分离技术难以分离的多组分体系。

沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）具有大孔容和高比表面积的优势，通过改变咪唑配体的基团可以调控ZIFs结构的孔道构型及孔表面性质，从而能够有效地提高对多组分物质的选择性。

目前已有研究者采用二价金属Zn盐、2-甲基咪唑(2-mIm)和5(6)-甲基苯并咪唑(mbIm)合成了具有沸石CHA拓扑的ZIF-302材料（Nguyen N T T, Furukawa H, Gándara F,et al. Selective capture of carbon dioxide under humid conditions byhydrophobic chabazite‐type zeolitic imidazolate frameworks[J]. AngewandteChemie, 2014, 126(40): 10821-10824.），并研究了其亲疏水性和对CO₂/N₂的吸附分离性能。该研究中ZIF-302的合成方法是：按照二价金属Zn盐：2-甲基咪唑(2-mIm)：5(6)-甲基苯并咪唑(mbIm)= 1.0﹕0.86﹕1.0的原料摩尔比，在室温下将上述材料依次加入到N,N-二甲基甲酰胺和水（体积比为19:1）的混合溶剂中，在120 ℃下反应得到产物，最终通过Ar测得该ZIF-302材料的BET为240 m²/g。但是没有文献报道可以通过调控2-甲基咪唑(2-mIm)和5(6)-甲基苯并咪唑(mbIm)配体摩尔比的方法来改变CHA-[Zn(2-mIm)_x(mbIm)_2-x]材料的BET和孔结构。因此我们希望通过调节上述两种咪唑配体的摩尔比来改变CHA-[Zn(2-mIm)_x(mbIm)_2-x]材料的BET和笼结构，并拓展其在低浓度丁醇和丙酮混合水溶液的吸附分离方面的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种具有CHA拓扑结构的沸石咪唑酯骨架材料CHA-[Zn(2-mIm)_x(mbIm)_2-x]，并提供了其在低浓度丁醇和丙酮混合水溶液吸附分离方面的应用。