[發明專利]精確篩分CO2/N2的方法

在審

• 申請號: 201611057554.0
• 申請日: 2016-11-26
• 公開（公告）號: CN108114567A
• 公開（公告）日: 2018-06-05
• 發明（設計）人: 楊維慎;郭昂;李硯碩;班宇杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01D53/02
• 分類號: B01D53/02;B01J20/22
• 代理公司: 大連格智知識產權代理有限公司 21238
• 代理人: 劉曉琴;張亞男

本發明提供一種精確篩分CO₂/N₂的方法，是使用離子液體與ZIF?8所形成的復合材料進行氣體分離的方法；其中，所述的離子液體是由1?丁基?3?甲基咪唑陽離子和雙三氟甲磺酰亞胺陰離子構成。通過使用離子液體[BMIM][Tf₂N]對ZIF?8籠的占據修飾實現對ZIF?8籠徑的調變，改善了ZIF?8孔道的分子篩分能力。使用該改性處理后的ZIF?8材料，實現對CO₂/N₂的吸附選擇性，從而實現分離。

技術領域

本發明涉及一種氣體分離的方法，尤其涉及利用改性的沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)進行氣體分離的方法。

背景技術

沸石咪唑酯骨架材料(zeolitic imidazolate frameworks,以下簡稱ZIFs)。ZIFs材料具有豐富的孔道結構，較大的比表面積，較高的熱穩定性和易于后修飾的特性。一些ZIFs材料還對某些小分子氣體(如H₂、CO₂、CH₄等)具有良好的親和性。這為這類材料在氣體吸附和分離領域的應用奠定了良好的基礎。ZIF-8是其中最具應用前景的材料之一。ZIF-8六元孔窗直徑為0.34nm，方鈉石(SOD)籠徑為1.10nm，其孔窗能夠截留尺寸較大的N₂(0.364nm)和CH₄(0.38nm)而使CO₂(0.33nm)順利通過，也就是說，理論上ZIF-8材料可用于CO₂/CH₄、CO₂/N₂的分離。然而，在我們的研究中發現，實際的應用結果與預測并不一致，ZIF-8材料在應用至實際CO₂/N₂混合物分離時達不到預期的選擇性。據分析，這是由于咪唑配體的振動導致的骨架柔性而致。因此，急需有效的方法來解決上述問題，從而提供更具有產業應用價值的分離方案。

發明內容

本發明的目的在于提供精確篩分CO₂/N₂的方法，是使用離子液體與ZIF-8所形成的復合材料進行氣體分離的方法；其中，所述的離子液體是由1-丁基-3-甲基咪唑陽離子(BMIM)和雙三氟甲磺酰亞胺陰離子(Tf₂N)構成。

即本發明中使用了離子液體修飾后的ZIF-8材料進行混合氣體CO₂/N₂的分離。從表征參數來看，離子液體[BMIM][Tf₂N]對ZIF-8的修飾是通過占據其孔籠的空間位置，從而限制ZIF-8結構中咪唑環的柔性變化而實現孔籠孔徑的控制，進而實現分離的。

本發明中復合材料[BMIM][Tf₂N]@ZIF-8通過下述方法制備：

(1)合成ZIF-8：室溫下按照摩爾比例Zn²⁺：xmIm：yCH₃OH反應，x＝2～8,y＝200～800，合成時間為1～24小時；

其中，Zn²⁺來自可溶性的鋅鹽，mIm代表2-甲基咪唑，CH₃OH代表溶劑甲醇；Zn²⁺，可舉例但不限于Zn(NO₃)₂·6H₂O，Zn(NO₃)₂·4H₂O，ZnCl₂，Zn(OAc)₂·2H₂O；

(2)步驟(1)合成所得到的ZIF-8固體用甲醇或乙醇洗滌3～5次，然后在30～100℃條件下烘干12～48小時；

(3)將步驟(2)制得的產物浸漬于低碳醇和離子液體[BMIM][Tf₂N]的混合溶劑中，于50℃～180℃條件下浸漬處理1～96小時；