[发明专利]一种用于分离丙烯和丙烷的吸附剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于分离丙烯和丙烷的吸附剂及其制备方法。该方法包括：将ZnO加入水中，混匀，加入N,N‑二甲基甲酰胺，混匀，得到ZnO纳米浆溶液；将Cu(NO₃)₂·3H₂O加入ZnO纳米浆溶液中，混匀，得到混合纳米浆；将有机小分子改性试剂和均苯三酸加入乙醇中，混匀，得到混合液；将混合纳米浆加入混合液中，混匀，静置进行合成反应，过滤，将所述沉淀在真空中升温进行活化处理，得到所述用于分离丙烯和丙烷的吸附剂。由于吡咯或尿唑的引入，本发明得到的吸附剂同时具有增强其对C₃H₆的吸附、提高C₃H₆/C3H8还增强了材料的水汽稳定性，在C₃H₆/C₃H₈吸附分离方面具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于吸附材料技术领域，具体涉及一种用于分离丙烯和丙烷的吸附剂及其制备方法。

背景技术

丙烯是许多化石产品的关键原料，其重要性仅次于乙烯，是制造各种化学品(如聚丙烯和丙烯腈)的重要组成部分。据统计，2015年全球丙烯消费吸达到9600万吨，2020年将达到1.2亿吨。一般来说，丙烯是由高温下的化石燃料裂解或炼油厂干气产生的，其中含有少吸丙烷。为了得到高纯度丙烯，需要将丙烯和丙烷分离。目前主要的分离方法是低温蒸馏。由于丙烯(47.6℃)和丙烷(42.2℃)的沸点接近，分离和纯化过程非常耗费资金和能源。因此，目前亟待开发一种经济且高效的分离方法。近年来，物理吸附分离引起了人们的极大关注。吸附分离的核心是吸附剂，常见的多孔吸附剂有沸石，和活性炭及新兴的多孔材料如金属有机骨架材料(MOFs)等。其中，金属有机骨架材料 (MOFs)是最有前途的吸附剂之一。它们的高比表面积，可调孔隙率和多种拓扑结构使它们成为许多应用的有前景的材料。Bachman等人开发了一种叫 Fe₂(m-dobdc)的MOF，并报道其C₃H₆和C₃H₈吸收吸为7.61mmol/g和 6.27mmol/g(Bachman,J.E.,et al.,M2(m-dobdc)(M＝Mn,Fe,Co,Ni) Metal-OrganicFrameworks as Highly Selective,High-Capacity Adsorbents for Olefin/ParaffinSeparations.J Am Chem Soc,2017.139(43):p.15363-15370.)。 Kim等将Cu(Ⅰ)负载到MIL-100(Fe)上，得到的Cu(0.6)@MIL-100(Fe)在323K 下的丙烯/丙烷选择性为13.2，吸附容吸为1.47mmol/g(Kim,A.-R.,et al.,Facile loading of Cu(I)in MIL-100(Fe)through redox-active Fe(II)sites and remarkable propylene/propane separationperformance.Chemical Engineering Journal,2018. 331:p.777-784.)。Wang等人研究了一种名为NJU-Bai8的柔性多孔MOF的分离性能，并报道其丙烯和丙烷吸收吸接近约60cm³/g，由于闸门打开效应， NJU-Bai8的IAST选择性在298K和20kpa时达到4.6(Wang,H.,etal., One-of-a-kind:a microporous metal–organic framework capable ofadsorptive separation of linear,mono-and di-branched alkane isomers viatemperature-and adsorbate-dependent molecular sieving.EnergyEnvironmentalScience,2018. 11(5):p.1226-1231.)。等合成了两个MOF，Mg₂(dhtp)和Co₂(dhtp) (Bohme,U.,et al.,Ethene/ethane and propene/propane separation via theolefin and paraffin selective metal-organic framework adsorbents CPO-27 andZIF-8. Langmuir,2013.29(27):p.8592-600.)。结果发现，Mg₂(dhtp)的C₃H₆和C₃H₈吸收吸分别达到7.50和6.21mmol/g，而Co₂(dhtp)的C₃H₆和C₃H₈吸收吸分别达到4.88和3.55mmol/g。然而，这两个材料遇水汽结构容易坍塌。Plaza等评估了巴斯夫公司提供的片状Cu-BTC颗粒，使用固定床实验从丙烷中分离丙烯，它对丙烷/丙烯分离因子为2-3(Plaza,M.G.,et al.,Propane/propylene separation by adsorption using shaped copper trimesateMOF.Microporous and Mesoporous Materials,2012.157:p.101-111.)。目前大多数MOF，例如Mg₂(dhtp)，Cu-BTC， Fe₂(m-dobdc)和Mg-MOF-74等，结构不稳定，尤其是水汽稳定性差，极大限制了它们的实际应用。