[发明专利]一种优先吸附乙烷的铁基双配体金属有机骨架材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种优先吸附乙烷的铁基双配体金属有机骨架材料及其制备方法与应用，该方法包括如下步骤：(1)将乙酸钠溶液滴入硝酸铁溶液中搅拌，得铁簇。(2)将对苯二甲酸和三乙烯二胺溶解在N,N‑二甲基甲酰胺中，再滴入铁簇的DMF溶液，然后滴加冰醋酸，搅拌均匀；将混合液装入玻璃瓶内密封，再进行程序控温溶剂热合成反应，得铁基双配体金属有机骨架材料。该材料具有优先吸附乙烷的特性，且对乙烷的吸附容量和乙烷/乙烯的吸附选择性皆处于国际先进水平，同等条件下，该材料对乙烷的吸附容量是活性炭的2.5倍以上，对乙烷/乙烯的选择性是活性炭的2倍以上，且水汽稳定性良好。该材料对于工业上乙烯乙烷的分离，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及乙烯乙烷吸附分离技术领域，具体涉及一种优先吸附乙烷的铁基双配体金属有机骨架材料及其制备方法与应用。

背景技术

乙烯是一种重要的石油化工原料，广泛应用在制备聚苯乙烯，聚乙烯，聚酯和其他化学品。工业上的乙烯大多来源于石油的裂解和乙烷的热裂解，在热裂解制备乙烯的同时，不可避免的会有副产物乙烷生成。由于乙烯乙烷具有相似的沸点和分子尺寸，因此，从乙烷和乙烯混合物中分离乙烯极具挑战性。传统工业上乙烯乙烷的分离技术一般采用深冷分离法，该方法需要在低温（-25℃）和高压（约23bar）下进行操作，该过程极其耗能。为了降低分离乙烯乙烷的能耗，寻求一种低耗能且高效的分离技术意义重大。吸附分离技术因其具有耗能低，操作简单，设备投资小等优点，对于乙烯乙烷混合物的分离极具潜力。

吸附剂是吸附分离技术的核心。活性炭分子筛等传统吸附剂用于吸附分离乙烯乙烷，存在对乙烯吸附容量较低，且对乙烯/乙烷分离选择性较差的问题。为了解决传统吸附剂存在的吸附容量低和选择性较低的问题，研究者们一直试图开发出一些新型的吸附剂。金属有机骨架材料（MOFs）作为一种新型的吸附剂，因其具有高比表面积，高孔容，孔隙结构可调控等一系列优点，因此对于乙烯乙烷混合物的分离具有较大的应用前景。目前已有许多优先吸附乙烯的MOFs吸附剂被报道用于分离乙烯乙烷。Wang等首次将具有不饱和金属位的Cu-BTC用于吸附分离乙烯乙烷[K. Schlichte, T. Kratzke, S. Kaskel, Microporous and Mesoporous Materials 2004, 73, 81-88.]。研究发现Cu-BTC显现出了优先吸附乙烯的特性，其原因被认为是Cu-BTC中铜离子会与乙烯分子中的π电子发生相互作用。J. Geier等发现M₂(dobdc) (M =Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn)中高密度的不饱和金属位使其对乙烯乙烷的分离具有优异的分离性能[S. J. Geier, J. A. Mason, E. D. Bloch, W. L.Queen, M. R. Hudson, C. M. Brown, J. R. Long, Chemical Science 2013, 4, 2054-2061.]。在45℃和100 kPa条件下，Fe₂(dobdc)对等摩尔乙烯乙烷的混合物，乙烯/乙烷的吸附选择性可高达约14。