[发明专利]一种可用于氪氙气体分离的共价有机框架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可用于氪氙气体分离的共价有机框架及其制备方法，以正四面体对称四位点的醛基配体和具有不同侧基取代四位点的氨基配体为原料，邻二氯苯和正丁醇为溶剂，冰醋酸为催化剂，经过前置的超声处理，高温反应过程，以及过滤和索提等纯化步骤，合成出了具有7重互穿pts拓扑网络结构的共价有机框架化合物，所合成的共价有机框架化合物能够对氙氪混合气体进行选择性吸附和分离。

技术领域

本发明涉及气体分离技术领域，具体涉及一种新型共价有机框架材料及其制备方法，以及在氪氙气体分离领域的应用。

背景技术

氙(Xe)氪(Ke)气体在核能，半导体工艺，医疗设备，空间技术等领域有着重要的应用，但这两种稀有气体在空气中以极低的丰度存在(0.087ppmV氙，1.14ppmV氪)，且其混合气体的分离是重要的工业过程。在工业上，高纯度的氙和氪作为空气低温分馏的副产物生产，可以获得20％氙和80％氪的混合气体，并通过进一步的分馏进行纯化。另一方面，氙和氪存在于核能的放射性废气中，通过一定的技术进行分离，也是高纯度氙和氪的另一种来源，由于放射性氙和氪废气对大气和生物体有着巨大的破坏，对核能废气中的氙和氪气体的再利用，具有及其重要的地位和应用前景。

尽管低温精馏是一种可行的气体分离技术，但由于其复杂的工作环境和较高的能耗，人们迫切寻找可代替的方法。物理吸附被认为是一种极具应用前景的气体选择性吸附和分离的方法，传统的物理吸附剂，例如活性炭、沸石，黏土等，往往具有较低的选择性和吸附量，近年来，共价有机框架(COF)作为新兴的多孔材料，具有丰富的孔道和较大的比表面积，在气体的选择性吸附和分离领域有着巨大的发展潜力。

鉴于此，本发明设计了一种新型的共价有机框架，设计出的共价有机框架可以对氙氪混合气体进行有效的选择性分离。

发明内容

本发明提供了一种新型共价有机框架及其制备方法与应用，该共价有机框架能够对氙氪混合气体进行有效的选择性吸附与分离。

本发明的技术方案如下：

一种共价有机框架材料，由正四面体对称四位点的醛基配体和具有不同侧基取代四位点的氨基配体合成得到，并且具有七重互穿pts拓扑三维网络结构；

其中，正四面体对称四位点的醛基配体的结构式选自如下之一：

具有不同侧基取代四位点的氨基配体的结构式选自如下之一：

本发明所述的共价有机框架材料的制备方法为：

将正四面体对称四位点的醛基配体、具有不同侧基取代四位点的氨基配体和有机溶剂混合，加入催化剂醋酸，超声(10min)混匀，循环冷冻抽真空(目的是除去体系中的空气)，以密封状态在120℃下反应三天，之后经后处理，得到所述的共价有机框架材料；

优选正四面体对称四位点的醛基配体与具有不同侧基取代四位点的氨基配体的摩尔比为1:1；

优选有机溶剂为体积比1:1的邻二氯苯和正丁醇混合溶剂；

优选催化剂以6mol/L醋酸的形式投料，6mol/L醋酸与有机溶剂的体积比为1:10；

具体后处理的方法为：反应结束后，冷却至室温，过滤获得粗产物，粗产物分别用四氢呋喃和丙酮进行索提纯化，索提结束后，置于真空烘箱在80℃下干燥12h，得到最终纯化的共价有机框架固体粉末。

本发明所述的共价有机框架材料可应用于气体分离领域，尤其是能够对氙氪混合气体进行有效的选择性吸附和分离。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：