[發(fā)明專利]具有高穩(wěn)定性的氟簇基金屬有機框架MFOFs材料及其應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110643167.X
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113368825A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張磊;游建鈞;朱錦鴻;李芳芳;王乾廷;陳文哲
• 申請（專利權(quán)）人: 福建工程學(xué)院
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/30;B01D53/04
• 代理公司: 廈門原創(chuàng)專利事務(wù)所(普通合伙) 35101
• 代理人: 徐東峰

本發(fā)明公開了一類具有高穩(wěn)定性的氟簇基金屬有機框架MFOFs材料及其應(yīng)用，該類金屬有機框架材料結(jié)構(gòu)通式為：[M₄(μ₃?F)₃(μ₃?SO₄)(L₁)(L₂)₂]，式中M為鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘，L₁為1,3,5?三(4?羧基苯基)苯(btb)、2,4,6?三(4?羧基苯基)?1,3,5?三嗪(tatb)，L₂為2,4,6?三(4?吡啶基)?1,3,5?三嗪(tpt)、2,4,6?三?(4?吡啶基)吡啶(pytpy)、1,3,5?三(4?吡啶基)苯(tpb)；活化后MFOFs材料作為吸附劑可實現(xiàn)乙炔/二氧化碳混合氣的分離；其對于乙炔既具有高的吸附容量又具有較高的選擇性，其中[Co₄(μ₃?F)₃(μ₃?SO₄)(btb)(tpt)₂]在常溫常壓下乙炔/二氧化碳穿透時長高達(dá)52min/g，且多次穿透實驗后的時長仍然保持不變，體現(xiàn)出高效的乙炔/二氧化碳選擇性吸附性能，能夠?qū)崿F(xiàn)乙炔/二氧化碳的有效分離。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于乙炔分離純化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及具有高穩(wěn)定性的氟簇基金屬有機框架MFOFs材料及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

乙炔(C₂H₂)不僅被廣泛用作照明和金屬加工的氣體燃料，而且還是制造塑料、橡膠、纖維和乙醛、乙酸、苯等平臺化學(xué)品的重要原料。盡管乙炔在日常生活和化工中發(fā)揮著重要作用，但為了促進(jìn)其更廣泛的實際應(yīng)用，迫切需要解決乙炔的分離提純與儲存問題。工業(yè)中生產(chǎn)的乙炔來源于天然氣的高溫裂解，在這個過程中不可避免的會產(chǎn)生副產(chǎn)物二氧化碳。因此，想要獲得高純度的乙炔，需要除去其中的二氧化碳和未裂解完畢的甲烷。

同乙炔/甲烷分離相比，乙炔/二氧化碳混合物的分離更加困難，因為它們有著相似的分子動力學(xué)直徑和非常相近的沸點(乙炔189.3K、二氧化碳194.7K)，通常分離乙炔/二氧化碳混合物的方式是使用溶劑萃取和低溫蒸餾，其中溶劑萃取使用的溶劑丙酮對環(huán)境有害，而低溫蒸餾耗能較大。氣體吸附分離法是一種節(jié)能、環(huán)保的氣體分離技術(shù)，與前面兩種技術(shù)相比，使用多孔材料充當(dāng)吸附劑的吸附分離法成本更低，也更加環(huán)保。

選用合適的吸附劑是決定吸附分離效果的核心，近年來，金屬有機框架(Metal-organic frameworks,MOFs)材料作為一種新興的多孔材料，在氣體的吸附分離領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。MOFs所具有結(jié)構(gòu)多樣性、孔道形狀、孔洞的可調(diào)節(jié)性等特點，使的MOFs有望成為乙炔/二氧化碳混合物分離的候選材料。許多MOFs已經(jīng)開發(fā)并測試了它們對于乙炔/二氧化碳混合物的分離性能，如UTSA-74(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,5678-5684.)，使用開放金屬中心(OMS)作為結(jié)合位點的MOFs材料雖然有著較高的乙炔吸附容量與選擇性，但在實際應(yīng)用中乙炔蒸汽中含有少量的水蒸氣以及酸性腐蝕性氣體，而大量的OMS不耐酸堿性條件，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，且其穿透實驗中時間長度有限，難以在工業(yè)條件下正常使用。

因此，開發(fā)一種具有高乙炔吸附能力且具有優(yōu)異的乙炔/二氧化碳選擇性同時又擁有對水和酸堿穩(wěn)定性的MOFs材料作為乙炔吸附劑是很有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明提供一種基于罕見立方烷型四核金屬氟簇節(jié)點構(gòu)筑的氟簇基MFOFs材料及其應(yīng)用，該類材料可以實現(xiàn)乙炔/二氧化碳混合物的高效選擇性吸附分離，且具有穩(wěn)定性好、分離效果顯著、再生能力強等特點。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：