一种钇基金属有机骨架材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种钇基金属有机骨架材料及其制备方法与应用；包括如下步骤：(1)反应溶液配制：将5

【技术实现步骤摘要】
一种钇基金属有机骨架材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及丙烯/丙烷吸附分离
，尤其涉及一种(用于筛分分离丙烯和丙烷的)钇基金属有机骨架材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]丙烯是石油化学工业中用于生产包括聚丙烯在内的各种化学商品的主要烯烃原料。
[0003]丙烯通常是通过石脑油的蒸汽裂化或粗柴油的催化裂化获得，其中往往包含杂质丙烷。
[0004]为了获得高纯度的丙烯，工业上常采用低温精馏法分离丙烯/丙烷。然而，由于两种组分沸点和相对挥发度极其相似，导致该方法能耗和成本非常高。
[0005]吸附分离技术因其节能，操作灵活和经济高效等特点被广泛认为是替代低温精馏最有前途的技术之一。
[0006]吸附剂是吸附分离技术的核心，高性能多孔吸附剂的开发受到了越来越多的关注。金属有机骨架材料由于其结构的灵活性和孔隙化学可调节性，在气体吸附分离领域表现出了传统吸附剂(沸石和活性炭)无法比拟的优势。
[0007]现有用于吸附分离丙烯/丙烷的金属有机框架材料存在吸附量和分离选择性的权衡，无法同时具有高的丙烯吸附量和高的丙烯/丙烷分离选择性，且多数MOF水汽稳定性差，极大限制了该类吸附材料在工业上丙烯/丙烷分离领域的应用。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种钇基金属有机骨架材料(Y
‑
H4L)及其制备方法与应用。本专利技术通过溶剂热法合成的有机骨架材料具有合适的孔径，介于丙烯丙烷分子尺寸之间，能够通过分子筛分效应在常温高效吸附分离丙烯/丙烷。该材料还具有较大的孔容，能够同时提供高的丙烯/丙烷吸附分离选择性和高的丙烯吸附量。
[0009]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0010]一种钇基金属有机骨架材料的制备方法，包括如下步骤：
[0011]步骤一：反应溶液配制：将5
‑
(3,5
‑
二羧基苄氧基)间苯二甲酸，二氟苯甲酸和六水合硝酸钇溶于有机溶剂中混合，然后再加入水，混合均匀(优选通过超声进行)，得到混合溶液；
[0012]步骤二：合成反应：将步骤一的混合溶液密封(优选置于高压反应釜内密封)，然后进行程序控温溶剂热合成反应，过滤后得到目标晶体产物；
[0013]步骤三：产物活化：将步骤二得到的目标晶体产物洗涤，溶剂交换，活化脱气，得到活化后的钇基金属有机骨架材料。
[0014]步骤一中，所述六水合硝酸钇和5
‑
(3,5
‑
二羧基苄氧基)间苯二甲酸，按摩尔比1～
3:1计算；本专利技术优选按摩尔比1.5～2:1计算。
[0015]步骤一中，所述有机溶剂中，六水合硝酸钇的摩尔浓度为0.01～0.1mmol/mL。
[0016]步骤一中，所述有机溶剂包括N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
‑
二甲基乙酰胺和N,N
‑
二乙基甲酰胺中的至少一种；本专利技术优选有机溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0017]步骤一中，所述有机溶剂与水按体积比5～35:1～10计算；本专利技术优选5:2计算。
[0018]步骤二中，所述溶剂热合成反应的程序控温过程为：在程序升温阶段，设定升温速率为5～10℃/min，将混合溶液从室温升至110～140℃；
[0019]在恒温阶段，混合溶液的温度在110～140℃保持48～96h。
[0020]步骤三中，所述洗涤的试剂为甲醇或丙酮；所述交换的试剂为甲醇或丙酮，交换时间为48～72h。本专利技术洗涤的试剂优选为甲醇，交换的时间优选为60～72h。
[0021]步骤三中，所述活化脱气为真空加热脱气；加热脱气温度为200～250℃；本专利技术优选为250℃。
[0022]一种钇基金属有机骨架材料，由上述制备方法获得。
[0023]钇基金属有机骨架材料在吸附剂中的应用。
[0024]本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
[0025](1)与现有的用于分离丙烯/丙烷的吸附剂相比，本专利技术制备的Y
‑
H4L能够通过分子筛分效应分离丙烯/丙烷，具有最高的丙烯/丙烷的吸附分离选择性，优于大部分吸附剂材料。
[0026](2)除了高的丙烯/丙烷吸附分离选择性外，本专利技术制备的机骨架材料具有高的丙烯吸附量，在298K，1bar下，丙烯吸附量为3.6mmol/g。
[0027](3)本专利技术制备的机骨架材料能够在常温常压下实现丙烯/丙烷二元混合气的完全动态分离，通过一个吸脱附循环便可得到高纯度的丙烯。
[0028](4)本专利技术制备的机骨架材料能够进行放大合成，并且在潮湿环境中能够保持结构稳定，适配工况。
附图说明
[0029]图1为本专利技术实施例1
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4所制备的Y
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H4L
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1、Y
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H4L
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2、Y
‑
H4L
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3和Y
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H4L
‑
4的PXRD图。
[0030]图2为本专利技术实施例1所制备的Y
‑
H4L
‑
1材料在活化处理前后的PXRD图。
[0031]图3为本专利技术实施例1制备得到的筛分分离丙烯和丙烷的钇基金属有机骨架材料Y
‑
H4L
‑
1的热稳定性曲线图。
[0032]图4为本专利技术实施例1制备得到的筛分分离丙烯和丙烷的钇基金属有机骨架材料Y
‑
H4L
‑
1在潮湿空间环境中放置前后的PXRD图。
[0033]图5为丙烯和丙烷在本专利技术实施例1所制备的Y
‑
H4L
‑
1上的单组分吸附等温线曲线图。
[0034]图6为C3H6/C3H8(50:50，v/v)二元混合气在本专利技术实施例1所制备的Y
‑
H4L
‑
1上的吸附分离选择性结果图。
具体实施方式
[0035]下面结合具体实施例对本专利技术作进一步具体详细描述。
[0036]实施例1：
[0037]一种用于筛分分离丙烯和丙烷的钇基金属有机骨架材料Y
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H4L
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1的制备方法，包括如下步骤：
[0038](1)反应溶液配制：称取0.5mmol的5
‑
(3,5
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二羧基苄氧基)间苯二甲酸，1mmol六水合硝酸钇溶解在5mL的N,N
‑
二乙基甲酰胺有机溶剂中；往上述混合液中滴加0.5mL甲酸和2mL水，并超声至混合均匀，得到混合溶液；
[0039](2)合成反应：将步骤(1)的混合溶液加入20mL的高压反应釜内密封，进行程序控温水热合成反应；设定升温程序为：以5℃/min的升温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钇基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：反应溶液配制：将5
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(3,5
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二羧基苄氧基)间苯二甲酸，二氟苯甲酸和六水合硝酸钇溶于有机溶剂中混合，然后再加入水，混合均匀，得到混合溶液；步骤二：合成反应：将步骤一的混合溶液密封，然后进行程序控温溶剂热合成反应，过滤后得到目标晶体产物；步骤三：产物活化：将步骤二得到的目标晶体产物洗涤，溶剂交换，活化脱气，得到活化后的钇基金属有机骨架材料。2.根据权利要求1所述钇基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述六水合硝酸钇和5
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(3,5
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二羧基苄氧基)间苯二甲酸，按摩尔比1～3:1计算；步骤一中，所述有机溶剂中，六水合硝酸钇的摩尔浓度为0.01～0.1mmol/mL。3.根据权利要求2所述钇基金属有机骨架材料的制备方法，其特征在于：步骤一中，所述有机溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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【专利技术属性】
技术研发人员：夏启斌，涂是，余良，
申请(专利权)人：华南协同创新研究院，
类型：发明
国别省市：