[發明專利]一種提高金屬有機框架（MOF）分離效果的方法

在審

• 申請號: 202011388802.6
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112619626A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 黎韜;江鵬
• 申請（專利權）人: 黎韜
• 主分類號: B01J20/34
• 分類號: B01J20/34;B01J20/22;B01D53/04;B01D53/32
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本發明公開了一種提高金屬有機框架材料(MOF)氣體分離效果的方法，該方法通過施加外部電場的方法，使得金屬有機框架材料對氣體的分離效果得到提升。經過試驗采用本發明的技術方案，分別利用Co?MOF?74分離CH₄/C₂H₂混合氣體、HKUST?1分離CH₄/CO₂混合氣體、UTSA?16分離CO₂/N₂混合氣體，相比于不加電場其分離因子有大幅提高。本發明方法，充分結合了金屬有機框架材料本身的性質來提高其在混合氣體分離效果，提升材料本身的應用性，具有良好的市場應用前景。

技術領域

本發明屬于氣體吸附分離領域，具體涉及一種提高金屬有機框架材料氣體分離效果的方法。

背景技術

金屬有機框架，也被稱為多孔配位聚合物，是一類由有機配體和金屬團簇組成的晶態多孔材料。由于其結構的和功能上的多樣性，金屬有機框架已成為近年來研究最熱門的領域之一。與傳統的多孔材料相比，金屬有機框架材料具有較大的比表面積、永久的孔隙率和靈活多變的結構等優點。

金屬有機框架材料由于本身的高孔隙率、孔的可調性及多功能位點的特性，首先被廣泛應用到氣體吸附和分離方面。目前已有許多研究突出表明多孔材料在多元混合氣體分離方面的快速發展。在2017年，實驗性固定床穿透實驗被首次應用于金屬有機框架材料的分離性能的評估。例如，利用MOF來分離C₂H₂/CO₂混合氣體，盡管乙炔和二氧化碳有著相似的尺寸和物理性質，但近來有一些MOF報道能夠高效分離C₂H₂/CO₂混合氣體：UTSA-74含有開放金屬鋅中心，每個金屬位點可結合兩個C₂H₂分子，這種特性使該材料對C₂H₂/CO₂有較高的選擇性；還有將MOF材料應用到C₂烴/CH₄分離，甲烷與乙炔的分離是氣體凈化領域中最重要的過程之一。乙炔主要是從天然氣裂解中獲得的，為滿足乙炔用于有機合成的A級要求(雜質含量不超過0.5％)，甲烷與乙炔的分離是很必要的。此外，由于甲烷的不完全轉化，裂解過程中同樣也進行了甲烷的氧化偶聯反應，生成了C₂碳氫化合物(C₂H_x，x＝2,4,6)，最終也需要從C₂碳氫化合物中分離甲烷。考慮到甲烷和C₂烴類在物理性質上的巨大差異，尺寸選擇效應及框架與烴類的相互作用都可用于在金屬有機框架內實現氣體的高選擇性，MMOF-74(M＝Fe，Mg，Co)由于其高表面積和高密度的裸露金屬部位近來被用于C₁和C₂烴分離的性能的研究中。

盡管MOF材料在氣體分離領域有著非常大的優勢，但提升該材料的分離效果一直是研究熱點。其中為增強MOF材料分離效果，一種方法是通過設計有機配體，來提高分離效果，但該方法會涉及到復雜的有機合成步驟；另一種方法是在合成MOF材料的過程中引入一些功能位點，如金屬位點、路易斯堿性/酸性位點等，該方法雖然能提高分離效果，但其活化能較高。而且上述方法一般不具有普適性。

發明內容

考慮到MOF材料一般會有多種性質，如一種MOF有電學性質同時又有吸附分離方面的性質，而且該材料中又有金屬離子存在，所以我們提出一種提高金屬有機框架材料(MOF)氣體分離效果的方法。

本發明的目的是提供一種提高金屬有機框架材料(MOF)氣體分離效果的方法。采用該方法可以有效提升金屬有機框架材料分離混合氣體的效果，提高分離因子。

該方法包括以下步驟：

S1：制備出所需金屬有機框架材料(MOF)，然后進行溶劑交換，過濾，抽真空，進行加熱活化處理，得到活化后的MOF材料。