一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂及其制备方法和应用，将六水合硝酸镍和甲酸放入反应容器中，加入溶剂，经反应，得到混合液；将混合液冷却到室温，过滤，收集沉淀，之后去除沉淀中能够溶解的有机物，然后真空干燥，获得金属有机框架材料吸附剂。本发明专利技术的吸附剂具有比表面积高、吸附容量大、吸附速率快、易于循环再生以及制备方法简单等优点，这使其在二甲苯混合物的分离领域具有良好的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于吸附剂制备领域，具体涉及一种能够有效分离二甲苯异构体混合物的金属有机骨架材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]二甲苯异构体是有机化学中最基本的原料，即邻二甲苯(OX)、间二甲苯(MX)和对二甲苯(PX)，其市场规模仅次于乙烯和丙烯，主要来源于原油的催化重整等工业过程。每种二甲苯异构体都是重要的化工原料，并且需求量呈逐年上升的趋势，其中，对二甲苯主要应用于生产对苯二甲酸(PTA)和对苯二甲酸二甲酯(DMT)，随后PTA和DMT作为原料进一步生产聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)等一系列聚酯，最后应用于合成涤纶、聚酯中空容器、聚酯切片、轮胎和工业所用的聚酯帘子布等材料。除此之外对二甲苯还用于合成染料、涂料、医药和农药等。邻二甲苯主要用于生产邻苯二甲酸酐，后续应用于油漆生产、药物合成和增塑剂制造等，也可用作航空汽油的添加剂。间二甲苯则主要应用于合成间苯二甲酸，进而生产增塑剂、香料、一系列高聚物、涂料、电影胶片及其成色剂和医药方面等。三种单一的异构体都是化工及医药领域昂贵并且重要的原材料和合成中间体，具有极高的应用价值和不可或缺的重要地位，但是工业上产生的二甲苯一般都是邻、间、对二甲苯混合物，只有将其分离成单一的异构体才能体现出其价值。因此，二甲苯异构体的分离纯化至关重要，这已在2016年被称为可以改变世界的分离之一。
[0003]由于二甲苯异构体之间具有相同的分子式，仅原子排列不同，混合物之间的沸点、极性和分子尺寸等性质又比较接近，因此对二甲苯异构体的分离纯化难度很大。目前用于分离二甲苯异构体的方法主要包括精馏法、吸附法、结晶法和膜分离方法。其中，精馏法和结晶法分离二甲苯混合物需要消耗大量的能量；膜分离方法近些年来虽然得到了快速的发展，但目前限制膜分离进入工业化的难题仍主要集中在膜材料批量生产困难和使用寿命较短等方面；吸附分离法在工业上二甲苯异构体分离中起着主导作用，其中吸附剂是吸附分离法实现二甲苯混合物高效分离的核心。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂及其制备方法和应用，以克服工业上产生的二甲苯混合物的分离过程中存在的难题，本专利技术开发了一种富含金属镍的金属有机框架吸附剂，该吸附剂具有比表面积高、吸附容量大、吸附速率快、易于循环再生以及制备方法简单等优点，这使其在二甲苯混合物的分离领域具有良好的应用前景。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂，所述金属有机框架吸附剂的结构式Ni3(HCOO)6，HCOO为甲酸根，所述金属有机框架吸附剂的骨架结构中具有Z型均一的纳米孔
道。
[0007]一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：将六水合硝酸镍和甲酸放入反应容器中，加入溶剂，经反应，得到混合液；
[0009]步骤二：将步骤一得到的混合液冷却到室温，过滤，收集沉淀，之后去除沉淀中能够溶解的有机物；
[0010]步骤三：将步骤二得到的材料真空干燥，获得用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂。
[0011]进一步地，步骤一中所述的六水合硝酸镍和甲酸的摩尔比为1:6.59。
[0012]进一步地，步骤一中所述的溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺。
[0013]进一步地，步骤一中所述的溶剂与六水合硝酸镍的体积摩尔比为：V
反应溶剂
:n
六水合硝酸镍
＝2.05mL:1mmol。
[0014]进一步地，步骤一中反应条件为：温度100℃，时间1天。
[0015]进一步地，步骤二中去除沉淀中能够溶解的有机物，具体为：分别用N,N
‑
二甲基甲酰胺和乙醚溶液浸泡，去除沉淀中能够溶解的有机物。
[0016]进一步地，步骤三中真空干燥具体为：在100℃下真空干燥1天。
[0017]一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂在二甲苯混合物分离上的应用。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0019]本专利技术所制备的金属有机框架吸附剂为富含金属镍且具有均一孔道的金属有机框架材料——Ni3(HCOO)6，此吸附材料明显对邻二甲苯和间二甲苯具有明显更高的吸附量，而对对二甲苯的吸附量最少，这使得对二甲苯可以更快的从该吸附剂中穿透出来，从而从二甲苯异构体混合物中高效的分离出对二甲苯。这缘于对二甲苯具有更加对称的结构和最小的动力学尺寸使得其更容易从上述吸附剂的孔道中穿过，而邻二甲苯和间二甲苯由于其较大的尺寸在上述吸附剂孔道中运动较慢，这使得上述吸附剂对二甲苯混合物具有较好的吸附分离性能。
[0020]本专利技术借助Ni(II)的3d空轨道和甲酸的羧基O上的孤对电子通过配位键形成了Ni3(HCOO)6类型的MOF多孔材料，这使得材料具有较高的比表面积和均一的孔道，结构相对稳定，使得材料易于实现循环再利用。此外，原料廉价易得，合成方法也比较简单，从而为其满足工业化应用的要求奠定了基础。
附图说明
[0021]说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0022]图1为实施例制备得到的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料的粉末X射线衍射(PXRD)图谱和Material studio(MS)模拟的PXRD图谱；
[0023]图2为实施例制备得到的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料的N2吸附
‑
脱附等温线；
[0024]图3为实施例制备得到的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料的孔径分布；
[0025]图4为实施例制备得到的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料的扫描电镜图；
[0026]图5为实施例制备得到的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料对三种单组分二甲苯异构体在298K下的吸附
‑
脱附等温线；
[0027]图6为本专利技术的用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂的结构示意图。
具体实施方式
[0028]下面将对本专利技术做进一步详细描述：
[0029]本专利技术针对工业上产生的二甲苯混合物，提供一种性能出色、高效可靠且易于应用的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料，HCOO为甲酸根，其结构如图6所示。
[0030]本专利技术提供一种工艺简单、吸附效果显著的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂材料的制备方法，较高的比表面积和均一的孔道使得该吸附剂对对二甲苯有较高的吸附选择性和吸附容量，该方法工艺步骤简单可控，二次污染少，能有效地投入到工业应用之中。
[0031]本专利技术的Ni3(HCOO)6多孔吸附剂的制备方法如下，包括以下步骤：
[0032]步骤一：将六水合硝酸镍和甲酸放入反应容器中，加入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂，其特征在于，所述金属有机框架吸附剂的结构式Ni3(HCOO)6，HCOO为甲酸根，所述金属有机框架吸附剂的骨架结构中具有Z型均一的纳米孔道。2.一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将六水合硝酸镍和甲酸放入反应容器中，加入溶剂，经反应，得到混合液；步骤二：将步骤一得到的混合液冷却到室温，过滤，收集沉淀，之后去除沉淀中能够溶解的有机物；步骤三：将步骤二得到的材料真空干燥，获得用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂。3.根据权利要求2所述的一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的六水合硝酸镍和甲酸的摩尔比为1:6.59。4.根据权利要求2所述的一种用于二甲苯分离的金属有机框架吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺。5.根据权利要求2所述的一种用于二甲苯分离的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马和平，何观伟，马武举，张芳，王闪闪，袁岚，
申请(专利权)人：西北化工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：