[发明专利]支化金属-有机骨架纳米颗粒和相关方法

说明书

一般地描述了与包含金属‑有机骨架的组合物有关的组合物和方法。在一些实施方案中，描述了至少部分由金属‑有机骨架制成的支化纳米颗粒。在一些实施方案中，通过在合成期间化学调节剂的存在来控制支化纳米颗粒的形态和尺寸。

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2018年6月11日提交的并且题为“BRANCHEDMETAL-ORGANIC FRAMEWORK NANOPARTICLES IN MIXED-MATRIX MEMBRANES ANDASSOCIATED METHODS”的美国临时专利申请序列号62/683,516的权益，其出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

一般地描述了包含金属-有机骨架的纳米颗粒的合成。

背景技术

化学和石化工业消耗了约30％的全球能耗，并且产生了16％的直接CO₂排放。约一半消耗的能量来自分离过程，最显著的是热分离例如蒸馏。在碳捕集应用和天然气纯化所需的CO₂分离领域，胺吸收是主要技术。该方法是有效的，但是需要高能量热再生循环并使用有毒的胺。用改进的材料设计，隔膜可以显著降低与吸收过程和蒸馏相关的能量消耗和资本成本，从而为传统单元操作提供节能和模块化的选择。

迄今为止，所有商用气体分离隔膜均使用聚合物材料形成，所述聚合物材料可以形成为大体积分离所需的大的面积(1000m²至500,000m²)以及薄的选择性层(约100nm)。与这些有吸引力的加工益处相比，聚合物隔膜具有若干缺点。在效率和生产率方面，传统的聚合物材料通常受到渗透率和选择度的折衷的限制。此外，聚合物隔膜通常容易受到称为增塑的有害过程的影响，增塑描述在破坏链堆积的强吸附分子稀释剂的存在下链缠结的线性聚合物的溶胀。增塑通常自身表现为气体渗透率增加但选择度显著降低。二氧化碳是这种行为中最顽强和普遍的参与者之一。由于这些缺点，在现实世界的分离过程中需要新的隔膜材料以提高输送特性并减少增塑。

很多注意力已集中在混合基体隔膜上，所述混合基体隔膜包含分散在聚合物中的无机填料以形成具有相对高的机械完整性和优异的分离性能的复合隔膜同时仍使用实用的可加工的基于聚合物的体系。已将多种无机材料(例如，金属氧化物、沸石和碳)并入聚合物以利用特别是通过骨架限定的形状和尺寸的孔尺寸提供分子筛效果。然而，这些无机材料缺乏有机骨架官能性，因此导致分散相与聚合物之间的差的相容性。该相容性问题导致新生复合隔膜中的颗粒团聚和非选择性扩散路径。金属-有机骨架(Metal-OrganicFramework，MOF)是有吸引力的具有通过有机配体桥接的金属离子或金属簇的晶体材料的平台，其基于MOF构成单元的选择提供了获得各种无机拓扑结构、异常高的孔隙率和内部表面积、可调节的孔尺寸和化学特性。由于骨架的部分有机组成，MOF还拥有具有可调节的孔体系的相对柔性的结构和与聚合物基体更好的相容性。这些特征导致MOF易于并入聚合物中，这相对于其他实现有效的气体分离所需的无机材料可以是优选的。