一种乙炔高效分离材料制造技术

本发明专利技术涉及了一种乙炔高效分离材料，所述分离材料包含Zn

【技术实现步骤摘要】
一种乙炔高效分离材料
本专利技术涉及气体分离技术，具体是一种乙炔高效分离材料。
技术介绍
金属有机骨架（MOF）材料，具有高度有序的三维孔道结构，精细可调控的孔道尺寸，丰富的功能性孔道表面，近年来在气体吸附分离领域显示出巨大的应用潜力，能开发出可工业化制备分离吸附低浓度乙炔的MOF材料，具有很大的应用前景。然而，现有技术中，对于具有上述功能的MOF而言，主要存在以下问题：一方面是具有相关性能的MOF材料的制备主要是停留在实验室阶段，受制于苛刻的制备条件，其产品的合成量较小；另一方面是受制于产品的形貌及尺寸，在实现工业化的过程中存在稳定性差的问题，如何提高其机械稳定性也是其工业化应用的难题。乙炔是重要的石油化工基础原料，在传统石脑油裂解制乙烯过程中，常存在1%左右的乙炔杂质，为了得到聚合级乙烯，常需要通过贵金属催化反应加氢的方式，将乙炔转化为乙烯。然而该工艺为了保证将乙烯中乙炔的浓度降低到10ppm以下，在维持高转化率的同时，选择性显著降低，会有部分乙烯产品过度加氢生成乙烷，不仅造成了乙烯产品的浪费，也加重了后期乙烷/乙烯的分离任务。如能实现将乙烯或者相关联的低碳烃组分中的低浓度乙炔组分高效分离并富集，得到高纯度的化工产品级乙炔，将具有重大意义。根据乙烯的生产过程可以看出，涉及到乙炔分离的应用场景中，主要的气体组分有乙炔，乙烯，乙烷和二氧化碳。对于吸附分离过程，主要的吸附分离机理主要分为三种，热力学分离，动力学分离和尺寸筛分，为了实现高选择性捕获乙炔，并解吸得到高纯度乙炔产品，同时该过程不能引起过高的吸附热，所以尺寸筛分机理更加合适。因此，如何规模化生产一种适用于分离乙烯分离的金属有机骨架并对其进行有效测试是人们急需解决的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术提及的缺陷，为了克服上述技术问题，本专利技术提供了一种乙炔高效分离材料，是化学式为Zn2(bpy)(btec)的MOF结构，具有优异的形貌及适宜的尺寸，能够大规模量化生产。本专利技术采用的技术方案为：一种乙炔高效分离材料，所述分离材料包含化学式为[Zn2(bpy)(btec)(H2O)2]·2H2O的金属有机骨架材料，所述分离材料的制备方法包含以下步骤：步骤1：将去离子水中加入锌源、均苯四甲酸二酐和4,4'-联吡啶，并搅拌;步骤2：搅拌混合均匀后加入氨水或铵盐，并持续搅拌反应一段时间;步骤3：待反应结束后，将所得沉淀物过滤、洗涤、干燥后得到分离材料。进一步地，所述分离材料为疏松的规则或者不规则的条柱状结构。进一步地，所述分离材料的粒径宽度不超过10微米，长度不超过50微米。所述分离材料的性能测试方法包括以下步骤：步骤1：将一定量的分离材料装填进吸附装置的吸附柱中；步骤2：通过减压阀和流量计控制混合气体在一定压力下及流速下通过吸附剂，吸附柱尾端通过色谱检测尾气中各组分随时间的浓度变化情况，达到吸附饱和时停止通入混合气；步骤3：将吸附装置中在常温或者升温条件下进行抽真空处理，吸附柱尾端通过色谱检测尾气中各组分随时间的浓度变化情况，直至各组分均低于检出限。进一步地，性能测试时，压力为标准状态，温度为25℃。进一步地，混合气流量与吸附剂的质量比例范围为10~40ml/小时：1g。进一步地，所述分离材料的制备方法还包括成型步骤，成型步骤包括机械压片成型或者粘结剂成型。当采用机械压片成型时，在压片磨具中加入干燥后的分离材料的粉末样品，施加3-4MPa的压力持续一段时间得到圆片状成型材料，将材料破碎后过筛，得到一定目径的材料。当采用粘结剂成型时，将一定量的干燥后的分离材料粉末样品加入容器中，将粘结剂加入至有机溶剂中均匀分散得到混合溶剂，混合溶剂加入至容器中与粉末样品充分搅拌混合得到稠状混合物，将稠状混合物造粒，待干燥后溶剂脱除得到近球状的成型颗粒。进一步地，所述有机溶剂的加入量与样品的投放比例为3~7ml：1g，所述粘结剂的加入量为样品的质量的5%~15%。进一步地，分离材料的制备步骤中，锌源、均苯四甲酸二酐和4,4'-联吡啶的总摩尔浓度为：1.2~1.8mol/L，均苯四甲酸二酐的摩尔量和4,4'-联吡啶的摩尔量相等，锌源的摩尔量：4,4'-联吡啶的摩尔量=1.3~3.3。进一步地，分离材料的制备步骤中，氨水或铵盐的摩尔量：均苯四甲酸二酐的摩尔量=0.03~0.15。进一步地，分离材料的制备步骤中，控制反应温度为20-50℃，反应时间控制为0.5~2h。进一步地，所述锌源为醋酸锌或硝酸锌，所述铵盐为硝酸铵或者碳酸氢铵，采用体积比为1：1的水/乙醇混合溶液作为沉淀洗涤液。由于采用了上述技术方案，本专利技术所取得的有益效果为：1）与传统的制备方法相比，本专利技术采用加入氨水或铵盐并在较低温度下搅拌合成的方法，整个步骤更加快速简便，氨水或铵盐的加入可形成均苯四甲酸铵盐，显著提升了均苯四甲酸二酐的溶解度，加速其在水溶液中与Zn离子结合，促进MOF的快速生长，最终提高了产率，从而解决了现有技术水热合成时需高温、反应时间长以及[Zn2(bpy)(btec)(H2O)2]·2H2O产率低的问题，有利于工业规模化制备；2）本专利技术所制得的MOF与传统水热方法制得的相比，颗粒度更小、具有疏松结构，对于低浓度乙炔的高效捕集表现出更为优异的捕集效果；3）本专利技术提供了分离材料的简易可行的性能测试方法，能够对于分离材料进行快速准确的性能判断，以便于工业规模化的指导；4）本专利技术提供了分离材料的的成型步骤，成型后的颗粒热稳定性，水稳定性，机械稳定性，吸附性能都有保障，足以应对一般吸附环境要求，有利于分离材料的大规模工业化应用。附图说明图1为实施例1与对比例1、对比例2所得的分离材料的SEM图。图2为实施例1与对比例1所得的分离材料、[Zn2(bpy)(btec)(H2O)2]·2H2O理论结构晶型的XRD图。图3为实施例1所得的分离材料对C2H2、C2H4和CO2的吸附曲线。图4为实施例1所得的分离材料对低碳烃类的吸附曲线。图5为实施例1所得的分离材料对CO2、H2、O2和N2的吸附曲线。图6为当混合气为C2H2/C2H4(1/99)时，实施例1所得分离材料的穿透曲线和解吸曲线。图7为当混合气为C2H2/CO2(50/50)时，实施例1所得分离材料的穿透曲线和解吸曲线。图8为当混合气为CH4/C2H2/C2H4/C2H6/C3H6/C3H8/CO2/H2(30/1/10/25/10/10/1/13)时，实施例1所得分离材料的穿透曲线和解吸曲线。图9为当混合气为C2H2/C2H4(1/99)时，实施例1所得分离材料的穿透循环曲线。图10为当混合气为C2H2/CO2(50/50)时，实施例1所得分离材料的穿透循环曲线。图11为实施例1与现有报道MOF对于C2H2/C2H4(1/99)在不同压力下的性能比较图。图12为实施例1与现有报道M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸附分离材料的性能测试方法，包括以下步骤：/n步骤1：将一定量的分离材料金属有机骨架装填进吸附装置的吸附柱中；/n步骤2：通过减压阀和流量计控制混合气体在一定压力下及流速下通过吸附剂，吸附柱尾端通过色谱检测尾气中各组分随时间的浓度变化情况，达到吸附饱和时停止通入混合气；/n步骤3：将吸附装置中在常温或者升温条件下进行抽真空处理，吸附柱尾端通过色谱检测尾气中各组分随时间的浓度变化情况，直至各组分均低于检出限。/n

【技术特征摘要】
1.一种吸附分离材料的性能测试方法，包括以下步骤：
步骤1：将一定量的分离材料金属有机骨架装填进吸附装置的吸附柱中；
步骤2：通过减压阀和流量计控制混合气体在一定压力下及流速下通过吸附剂，吸附柱尾端通过色谱检测尾气中各组分随时间的浓度变化情况，达到吸附饱和时停止通入混合气；
步骤3：将吸附装置中在常温或者升温条件下进行抽真空处理，吸附柱尾端通过色谱检测尾气中各组分随时间的浓度变化情况，直至各组分均低于检出限。


2.如权利要求2所述的方法，其特征在于，性能测试时，压力为标准状态，温度为25℃，混合气流量与吸附剂的质量比例范围为10~40ml/小时：1g。


3.一种乙炔高效分离材料，其特征在于，所述材料包含化学式为[Zn2(bpy)(btec)(H2O)2]·2H2O的金属有机骨架材料，所述材料的制备方法包含以下步骤：
步骤1：将去离子水中加入锌源、均苯四甲酸二酐和4,4'-联吡啶，并搅拌；
步骤2：搅拌混合均匀后加入氨水或铵盐，并持续搅拌反应一段时间；
步骤3：待反应结束后，将所得沉淀物过滤、洗涤、干燥后得到材料。


4.如权利要求3所述的乙炔高效分离材料，其特征在于，所述铵盐为硝酸铵或者碳酸氢铵，所述分离材料为疏松的规则或者不规则的条柱状结构。


5.如权利要求3或4所述的乙炔高效分离材料，其特征在于，所述材料的粒径宽度不超过10微米，长度不超过50微米。


6.如权利要求3所述的乙炔高效分离材...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立博，陈杨，王小青，李晋平，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14