[發(fā)明專利]一種超微孔dia-a網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MAF-stu-13材料及其合成與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010927411.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112090403B
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃曉春;葉春榮;王文健;李冕
• 申請（專利權(quán)）人: 汕頭大學(xué)
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D15/08;C07C7/12;C07C13/18;C07C15/04
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 周增元;彭妙玲

本發(fā)明涉及一種具有超微孔dia?a網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MAF?stu?13材料，化學(xué)式為{[Zn(MIBA)subgt;2/subgt;]}subgt;n/subgt;，n為非零自然數(shù)，MIBA為4?(2?甲基咪唑)苯甲酸基；屬于四方晶系，P4nc空間群，在c軸方向存在一維孔道，且具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性。MAF?stu?13能夠?qū)崿F(xiàn)快速大量合成，提出了一種一般MOFs材料難以大量合成的解決方案，材料合成過程為：將一定比例的金屬鋅鹽、配體HMIBA以及DMF溶劑置于耐壓瓶中并密封處理，通過溶劑熱反應(yīng)，在120℃條件下加熱攪拌1h。本發(fā)明的具有超微孔dia?a網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MAF?stu?13材料能夠在Bz和CH混合液中特異性吸附Bz，并將Bz從框架中洗脫出來，其純度高達(dá)99.4％，從而實現(xiàn)Bz/CH的液相吸附分離。同時MAF?stu?13能夠從商業(yè)純CH中提取一定量的Bz。MAF?stu?13能夠特異性吸附Bz是基于尺寸排阻和超分子綁定的協(xié)同效應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬-有機框架領(lǐng)域，尤其涉及一種超微孔dia-a網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MAF-stu-13金屬-有機框架材料及其在苯(Bz)和環(huán)己烷(CH)混合液中特異性吸附Bz，從而實現(xiàn)Bz/CH的液相吸附分離。

背景技術(shù)

近年來，隨著全球?qū)κ闲枨蟮牟粩鄶U(kuò)大，能源危機、環(huán)境污染逐漸成為國內(nèi)外迫切需要解決的重大問題。其中，環(huán)烴化合物(C₆)在石油化工領(lǐng)域中具有重要意義，而它們的分離更是被譽為“改變世界的七大化學(xué)分離”之一。總所周知，苯(Bz)雖然是重要的石油化工原料之一，但它卻是一種公認(rèn)的揮發(fā)性有機化合物。相比之下，環(huán)己烷(CH)不僅是制造涂料、樹脂、尼龍纖維等的重要原料，更是化學(xué)工業(yè)中生產(chǎn)環(huán)己醇、己內(nèi)酰胺、環(huán)己酮等的原料，CH在工業(yè)和環(huán)境領(lǐng)域中扮演著非常重要的角色。由于Bz和CH具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，其沸點、分子幾何構(gòu)型及Lennard-Jones碰撞直徑相似，導(dǎo)致其分離難度大，因而在石油化工領(lǐng)域中Bz和CH的分離被列為最具挑戰(zhàn)性的分離之一。在化學(xué)工業(yè)中，常用的萃取精餾方法存在成本昂貴、工藝復(fù)雜、能源消耗大等缺陷，所以并不適合Bz和CH的分離。在過去的幾十年里，CH主要是在催化劑條件下通過Bz加氫制備，但其產(chǎn)物中依然存在未反應(yīng)的Bz，導(dǎo)致難以滿足分離得到高純度Bz/CH的需求。所以，開發(fā)具有分離提純功能的新型材料是減少環(huán)境污染等方面的重要手段，更是減緩全球能源消耗持續(xù)增長的關(guān)鍵因素，這儼然已成為重大需求牽引的關(guān)鍵科研課題。

金屬-有機框架(metal-organic?frameworks，MOFs)是一類由金屬離子/團(tuán)簇和多基有機連接物自組裝而成的新型晶體多孔材料，其結(jié)構(gòu)周期性的特點能夠展現(xiàn)出多種多樣新穎的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且在吸附分離、異相催化、氣體儲存、發(fā)光性質(zhì)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。作為晶態(tài)有序的多孔材料，MOFs用于吸附分離具有不可替代的優(yōu)勢：(1)孔洞規(guī)整有序，尺寸可調(diào)，從超微孔到微孔再到介孔均可實現(xiàn)；(2)孔洞內(nèi)部可以進(jìn)行金屬位點、官能團(tuán)、形狀的設(shè)計，相當(dāng)于一種原子尺度的精細(xì)雕刻。(3)可以方便地進(jìn)行合成后修飾，還可以實現(xiàn)多種多樣的復(fù)合材料。基于以上優(yōu)點，MOFs作為一種新型功能材料特別是在吸附分離方面具有很好的應(yīng)用價值，工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的科學(xué)家正致力于開發(fā)廉價、高效率及能耗低的新型MOFs材料來取代傳統(tǒng)方法是必然的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種超微孔dia-a網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的MAF-stu-13金屬-有機框架材料，能夠在Bz和CH混合液中特異性吸附Bz，并將Bz從框架中洗脫出來，其純度高達(dá)99.4％，從而實現(xiàn)Bz/CH的液相吸附分離。同時，通過溶劑熱反應(yīng)可以實現(xiàn)該材料的快速大量合成，提出了一種一般MOFs材料難以大量合成的解決方案。MAF-stu-13能夠從商業(yè)純CH(≥99％)中提取一定量的Bz，解決了MOFs材料難以滿足分離得到高純度Bz/CH的需求。MAF-stu-13能夠特異性吸附Bz是基于尺寸排阻和超分子綁定的協(xié)同效應(yīng)。