[发明专利]金属有机框架及其制备和用途

说明书

具体可用于吸附CO₂的金属‑有机框架(MOF)材料。更具体地，所述MOF具有孔且包含锌离子、草酸盐和环偶氮二价碳基化合物。优选的环偶氮二价碳基化合物为1,2,4‑三唑酯。用于制造多孔MOH的方法和利用所述多孔MOH吸附CO₂的方法。

相关申请的交叉引用

本申请请求2013年3月11日提交的专利申请号为61/776,223的美国临时申请的权益。该申请通过参照将其全文并入此处。

技术领域

本发明涉及多孔金属-有机框架，并且涉及它们的制造方法和用途。

背景技术

从工业废水中捕获有害温室气体(特别是CO₂)可有助于最大限度地减少全球二氧化碳的含量。能够以其表面吸附(物理吸附)CO₂的多孔固体已经被认定为一种用于捕获工业CO₂的现有胺类洗涤工艺的可替换的选择。胺类洗涤过程中，CO₂被化学性键合(化学吸附)至胺类以形成氨基甲酸盐；吸附剂的再生需要分解该键。对于从烟气中的捕获，两个主要的挑战是：在极低(0.1bar)分压下捕获CO₂；和排除例如N₂和H₂O的其他主要成分。重要地，相比于化学性键合的实体，物理性吸附的CO₂的较弱的相互作用需要较少的能量即可释放供将来使用或存储的气体。超出所述CO₂结合作用的较大强度，所述胺类洗涤工艺采用胺类水溶液，因此用于释放CO₂和再生所述吸附剂所耗费的总能量包含将所述整个溶液加热，并且水具有非常高的比热容。据常规估计，燃煤发电厂为了实行胺类洗涤，其需要增加30％-40％的能源生产以抵消所述CO₂捕获。CO₂物理性吸附固体的主要优势为由于气体的较弱相互作用和不需要辅助性水溶液可以减少CO₂的释放能量。

金属有机框架(MOF)/多孔配位聚合物(PCP)是一类由连接金属离子或金属离子簇的有机间隔(spacer)组成的网状固体。它们具有被能够吸附气体分子的孔渗透的有序(晶体状)结构。这些材料的规则性使得它们易于通过X射线衍射技术进行结构表征。孔径、形状和表面化学的详细了解可以为等温吸附线的诠释提供更深入的分析。原则上，研究人员能够建立结构活性关系，并更好地设计下一代材料。

经显示，水的稳定性对于很多MOF都较弱，因为即使少量的大气湿度都对所述规则性和孔隙率有所危害。近期已经报道了一些非常稳定的Zr羧酸盐MOF(MIL-140系列、UiO-66系列)，然而将高容量与高稳定性合并在一起仍是挑战。而且，对于捕获材料的实施，很难概括所述吸附剂的一组理想特点(孔径、吸附CO₂的热量、等温线的形状)。这是因为所述理想吸附剂的特点特异于其所实施的捕获体系，宽广的压力转换、温度转换、或真空转换技术。此外，再生条件最好是由在特定捕获位点耗费较低能量的有效性所指示，并且这个因素影响着吸附剂的选择。

发明内容

本文公开了一种金属-有机框架(MOF)。所述MOF具有孔并且所述框架包含锌离子、草酸盐和环偶氮二价碳基化合物(cycloazocarbyl compound)。

示例描述了一种具体的化合物，经显示该化合物能够吸附气体，具体地为二氧化碳，并且其吸附二氧化碳的程度高于其吸附氮气的程度。经显示，所述化合物是热稳定的，确立出其用作碳捕获剂的可行性。