[发明专利]一种多孔配位聚合物、制备方法以及在乙烯分离中的用途

说明书

本发明提供了一种多孔配位聚合物、制备方法以及在乙烯分离中的用途，本发明使用沸腾碱性溶液转变晶体的后合成方法制备了具有陷阱和流道的晶体(即NTU‑67)，其流道为乙炔(Csubgt;2/subgt;Hsubgt;2/subgt;)和二氧化碳(COsubgt;2/subgt;)等线性分子提供了有效的形状和尺寸依赖的筛分路径，而相邻通道包含的陷阱有利于高效的分子捕获。纳米空间的三叶阵列使晶体能够从Csubgt;2/subgt;Hsubgt;2/subgt;/COsubgt;2/subgt;/Csubgt;2/subgt;Hsubgt;4/subgt;混合物中以较高的分离效率分离出Csubgt;2/subgt;Hsubgt;4/subgt;。此外，材料具有优异的化学和水溶液稳定特性。

技术领域

本发明提供了一种多孔配位聚合物、制备方法以及在乙烯分离中的用途，属于配位聚合物以及气体分离技术领域。

背景技术

乙烯(C₂H₄)是一种典型的轻烃，也有关于甲烷氧化偶联用于C₂H₄生产的报道。然而，除了生成C₂H₄外，还生成乙炔(C₂H₂)和二氧化碳(CO₂)等副产物。因此，选择性去除两种杂质C₂H₂和CO₂对于从C₂H₂/CO₂/C₂H₄三元混合物中回收聚合物级C₂H₄至关重要，因为C₂H₂会在C₂H₄聚合过程中毒害催化剂，而CO₂会降低聚乙烯(PE)的质量。目前的工业分离技术主要采用多步纯化工艺，包括CO₂的化学吸附(伴随着巨大的废液)和C₂H₂的催化加氢(涉及在高压/高温下使用贵金属催化剂)，能耗巨大。

物理吸附为高效节能分离提供了一种潜在的解决方案。值得注意的是，尽管通过在环境条件下使用吸附剂可以实现二元混合物(包括C₂H₂/C₂H₄和C₂H₂/CO₂混合物)的良好分离，但从含有CO₂和C₂H₂的三元混合物纯化C₂H₄仍然是一个巨大的挑战，因为缺乏能够选择性捕获CO₂和C₂H₂而排除C₂H₄的物理吸附剂。一种可能的解决方案是应用协同吸附剂分离技术(SSST)，将两种或更多物理吸附剂包装在一起。然而，探索利用单一吸附剂从三元混合物中排除C₂H₄被认为是最理想的。此外，解决确定SSST相应吸附剂的排列顺序和重量比的实际问题也值得注意。

多孔配位聚合物(PCP)是一种由有机配体和无机节点组装而成的新型晶体材料，具有可调控的纳米孔化学，可用于气体分离应用。通常，在筛分机制中，重点是使用狭小孔径刚性PCP实现气体尺寸差异分离， 只有较小尺寸的分子被吸附，而较大尺寸的分子被排除在外。但在这样一个合适的多孔系统中，两种或更多杂质的竞争性主客体相互作用混淆了吸附平衡，尤其是在串联一维通道中。具有骨架动力学的PCP被视为多组分分离的另一个平台，因为相应的响应可以使材料区分多组分内部的微小差异，但需要精确控制外部条件(例如特定温度、压力和气体比)，一旦开孔，可能会发生进一步的共吸附。还提出了通过在晶体中创建局部运动位置来实现气体分离的动力学相关分子扩散。然而，当气体混合物中的成分数量增加到三种或三种以上时，往往无法实现所期望的分离目标。

发明内容