一种提高金属有机框架（MOF）分离效果的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法，该方法通过施加外部电场的方法，使得金属有机框架材料对气体的分离效果得到提升。经过试验采用本发明专利技术的技术方案，分别利用Co‑MOF‑74分离CH

【技术实现步骤摘要】
一种提高金属有机框架(MOF)分离效果的方法
本专利技术属于气体吸附分离领域，具体涉及一种提高金属有机框架材料气体分离效果的方法。
技术介绍
金属有机框架，也被称为多孔配位聚合物，是一类由有机配体和金属团簇组成的晶态多孔材料。由于其结构的和功能上的多样性，金属有机框架已成为近年来研究最热门的领域之一。与传统的多孔材料相比，金属有机框架材料具有较大的比表面积、永久的孔隙率和灵活多变的结构等优点。金属有机框架材料由于本身的高孔隙率、孔的可调性及多功能位点的特性，首先被广泛应用到气体吸附和分离方面。目前已有许多研究突出表明多孔材料在多元混合气体分离方面的快速发展。在2017年，实验性固定床穿透实验被首次应用于金属有机框架材料的分离性能的评估。例如，利用MOF来分离C2H2/CO2混合气体，尽管乙炔和二氧化碳有着相似的尺寸和物理性质，但近来有一些MOF报道能够高效分离C2H2/CO2混合气体：UTSA-74含有开放金属锌中心，每个金属位点可结合两个C2H2分子，这种特性使该材料对C2H2/CO2有较高的选择性；还有将MOF材料应用到C2烃/CH4分离，甲烷与乙炔的分离是气体净化领域中最重要的过程之一。乙炔主要是从天然气裂解中获得的，为满足乙炔用于有机合成的A级要求(杂质含量不超过0.5％)，甲烷与乙炔的分离是很必要的。此外，由于甲烷的不完全转化，裂解过程中同样也进行了甲烷的氧化偶联反应，生成了C2碳氢化合物(C2Hx，x＝2,4,6)，最终也需要从C2碳氢化合物中分离甲烷。考虑到甲烷和C2烃类在物理性质上的巨大差异，尺寸选择效应及框架与烃类的相互作用都可用于在金属有机框架内实现气体的高选择性，MMOF-74(M＝Fe，Mg，Co)由于其高表面积和高密度的裸露金属部位近来被用于C1和C2烃分离的性能的研究中。尽管MOF材料在气体分离领域有着非常大的优势，但提升该材料的分离效果一直是研究热点。其中为增强MOF材料分离效果，一种方法是通过设计有机配体，来提高分离效果，但该方法会涉及到复杂的有机合成步骤；另一种方法是在合成MOF材料的过程中引入一些功能位点，如金属位点、路易斯碱性/酸性位点等，该方法虽然能提高分离效果，但其活化能较高。而且上述方法一般不具有普适性。
技术实现思路
考虑到MOF材料一般会有多种性质，如一种MOF有电学性质同时又有吸附分离方面的性质，而且该材料中又有金属离子存在，所以我们提出一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法。本专利技术的目的是提供一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法。采用该方法可以有效提升金属有机框架材料分离混合气体的效果，提高分离因子。该方法包括以下步骤：S1：制备出所需金属有机框架材料(MOF)，然后进行溶剂交换，过滤，抽真空，进行加热活化处理，得到活化后的MOF材料。S2：将步骤S1得到的活化后的MOF材料填充到石英管当中，石英管长50cm，管直径为5mm，然后在石英管两端塞入石英棉，防止填充的材料倒出。S3：将石英管进气端口连接混合气体，出气口连接气象色谱仪，其中气象色谱仪是用来检测出气口的气体成分。S4：将石英管水平放置，上下两边放置两块金属板，然后将两块金属板分别连接直流电源正负极，接通电源，产生电场，通入混合气体进行分离。优选的，活化后的MOF材料在石英管中的填充量为石英管体积的20％-100％，且活化后的MOF材料位于石英管的中部。优选的，活化后的MOF材料为Co-MOF-74，所述混合气体为CH4/C2H2，混合气体体积比例为CH4/C2H2/He＝5/5/90。优选的，活化后的MOF材料为HKUST-1，所述混合气体为CH4/CO2，其混合气体体积比例为CH4/CO2＝50/50。优选的，活化后的MOF材料为UTSA-16，所述混合气体为CO2/N2，其混合气体体积比例为CO2/N2＝25/75。优选的，两金属板的电场强度≧800V/m。本专利技术具有如下有益效果：(1)通过本专利技术方法，避免了通过采用设计有机配体及合成金属有机框架材料的复杂性。(2)本专利技术方法采用物理手段提高金属有机框架材料的分离因子，更加节能高效，而且具有普适性。(3)本专利技术方法充分结合了金属有机框架材料本身的性质，来提高其在混合气体分离应用中的效果，提升材料本身应用性。附图说明图1为本专利技术填充有活化后的MOF材料的石英管及金属板结构示意图(图中未示出活化后的MOF材料)；图2为本专利技术实施例1与对比例1分离效果的穿透图图谱(实施例1：圆；对比例1：上三角)；图3为本专利技术实施例2与对比例2分离效果的穿透图图谱(实施例2：圆；对比例2：右三角)；图4为本专利技术实施例3与对比例3分离效果的穿透图图谱(实施例3：圆；对比例3：右三角)。具体实施方式下面对本专利技术实施例作具体详细的说明，本实施例在本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1该实施例中选用金属有机框架材料是Co-MOF-74，用Co-MOF-74材料来分离CH4/C2H2混合气体，其混合气体比例为CH4/C2H2/He＝(5/5/90，v/v/v)，具体步骤如下：S1：将六合水硝酸钴和2,5-二羟基对苯二甲酸按照摩尔比例2:1加入到反应釜中，然后加入体积比为17:1:1的DMF、乙醇和去离子水，放置在120℃的烘箱中，反应2天，得到红褐色粉末，过滤，然后用乙醇溶液洗涤浸泡，进行溶剂交换，在120℃下抽真空活化，得到活化Co-MOF-74。S2：将步骤S1得到的Co-MOF-74材料填充到石英管当中，填充长度为10cm，石英管长50cm，管直径为5mm，然后在石英管两端塞入石英棉，防止填充的材料倒出。S3：将石英管进气端连接混合气体CH4/C2H2/He＝(5/5/90，v/v/v)，出气端连接气象色谱仪，其中气象色谱仪是用来检测出气口的气体成分，氦气作为载气体。S4：将石英管水平放置，然后上下两边放置两块金属板，板距离为10cm，然后将两块金属板分别连接直流电源正负极，如图1所示，测试过程中开通电源，将电压调制80V，产生电场强度为800V/m的电场。通入混合气体，利用气相色谱仪测定出口气的气体成分。实施例2该实施例中我们选用的金属有机框架材料是HKUST-1，用HKUST-1材料来分离CH4/CO2混合气体，其混合气体比例为CH4/CO2＝(50/50，v/v)，具体步骤如下：S1：将三水合硝酸铜和均苯三甲酸按照摩尔比例2:1加入到玻璃瓶当中，然后加入10mL的DMF溶剂，超声搅拌，然后在80℃下，反应12h，得到蓝色沉淀，过滤，然后用丙酮洗涤浸泡进行溶剂交换，在150℃下抽真空活化，得到活化HKUST-1。S2：将步骤S1得到的HKUST-1材料填充到石英管当中，填充长度为50cm，石英管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：/nS1：制备出所需金属有机框架材料(MOF)，然后进行溶剂交换，过滤，抽真空，进行加热活化处理，得到活化后的MOF材料；/nS2：将步骤S1得到的活化后的MOF材料填充到石英管当中，石英管长50cm，管直径为5mm，然后在石英管两端塞入石英棉，防止填充的材料倒出；/nS3：将石英管进气端口连接混合气体，出气口连接气象色谱仪，其中气象色谱仪是用来检测出气口的气体成分；/nS4：将石英管水平放置，上下两边放置两块金属板，然后将两块金属板分别连接直流电源正负极，接通电源，产生电场，通入混合气体进行分离。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1：制备出所需金属有机框架材料(MOF)，然后进行溶剂交换，过滤，抽真空，进行加热活化处理，得到活化后的MOF材料；
S2：将步骤S1得到的活化后的MOF材料填充到石英管当中，石英管长50cm，管直径为5mm，然后在石英管两端塞入石英棉，防止填充的材料倒出；
S3：将石英管进气端口连接混合气体，出气口连接气象色谱仪，其中气象色谱仪是用来检测出气口的气体成分；
S4：将石英管水平放置，上下两边放置两块金属板，然后将两块金属板分别连接直流电源正负极，接通电源，产生电场，通入混合气体进行分离。


2.根据权利要求1所述的一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法，其特征在于，所加电场为匀强电场。


3.根据权利要求1所述的一种提高金属有机框架材料(MOF)气体分离效果的方法，其特征在于，电场强度≧800V/m。


4.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎韬，江鹏，
申请(专利权)人：黎韬，
类型：发明
国别省市：福建;35