一种苯和环己烷的高选择性分离方法技术

本发明专利技术涉及一种苯和环己烷的高选择性分离方法，属于固汽吸附分离领域。本发明专利技术是基于柱[5]芳烃的分子结构特征，以P和A为原料得到一类电荷转移共晶结构(记为PA)；在PA组成的共晶堆积结构中存在层间缝隙，而苯蒸汽分子能够与共晶中的组成分子P和A形成弱相互作用并且插入到所述缝隙中，从而在苯和环己烷的混合蒸汽中选择性分离苯分子，该分离方式是固汽分离中一种全新的分离方式；该方法得到的材料可以有效的从苯和环己烷混合蒸汽中高选择性的吸收苯蒸汽，留下高纯度的环己烷，该过程吸附分离方法简单、对苯蒸汽的选择性高﹑可以多次重复使用并保持良好的分离效果。复使用并保持良好的分离效果。复使用并保持良好的分离效果。

【技术实现步骤摘要】
一种苯和环己烷的高选择性分离方法


[0001]本专利技术涉及一种苯和环己烷的高选择性分离方法，属于固汽吸附分离领域。

技术介绍

[0002]苯和环己烷是一类重要的化工原料，被广泛用于尼龙、油漆、药物中间体等生产中，应用广泛，备受重视。在化工生产中，环己烷一般是由苯环加氢反应制得，所以往往在产品环己烷中含有未反应的苯，因而除去苯的同时获得高纯度的环己烷显得尤为重要。但是苯的沸点是80℃，环己烷的沸点是81℃，另外苯和环己烷的凝固点、密度等物理性质以及分子量、分子大小和化学结构等化学性质相近，导致在工业上通过减压蒸馏、精馏和萃取蒸馏的液液共沸的分离方式很难一次性获得高纯度的环己烷，往往需要经过多次反复的操作，不仅仅消耗大量的热能，纯化成本高，且产品质量难以保障。因此如何将苯和环己烷混合蒸汽分离纯化是一项很有意义的挑战。
[0003]综上所述，寻找一种新型的，能够同时分离苯和环己烷并且能耗少，对环境友好的方法，成为目前工业界纯化苯和环己烷的关键。近年来，不同于传统工业上的液液共沸分离，新型多孔材料和大环超分子材料的发展为这些重要化工原料的固汽吸附分离提供了更多的可能。考虑到多孔材料具有较高的比表面积和有序的孔道分布，因而被广泛用于分离苯和环己烷、甲苯和甲基环己烷以及二甲苯的同分异构体中，例如金属有机框架材料(MOF)、共价有机框架材料(COF)和多孔有机聚合物(POP)。这类多孔材料都具有可逆的动态化学键，受限于其自身特征，其化学稳定性较差，在酸性、碱性、高温和水的条件下往往容易破坏造成断键，使得其重复循环性能较差，多轮吸附后性能大大降低，限制了其在苯和环己烷吸附分离领域的发展。大环超分子材料以柱芳烃、杯芳烃和葫芦脲为例，其化学性质稳定，并且常通过静电相互作用力将被分离客体分子吸附在孔道中，为了满足对特定客体分子的吸附往往需要定制合适孔径的环以容纳不同大小的客体分子，但这类大环超分子在合成中较难控制环的数量，产率低，所以限制了其在吸附分离领域的应用。
[0004]本专利技术考虑到以上材料的限制，以目前最易合成且性质稳定的甲氧基柱[5]芳烃和乙氧基柱[5]芳烃为例，经过简单的组成电荷转移共晶的形式，改变其电子分布特性，以弱相互作用的结合将较大的客体分子吸附在柱芳烃的孔外，实现更多的大的客体分子的吸附分离。本专利技术中的分离方式是一种全新的分离机理，不同于大环分子以往的吸附分离方式，并且具有共晶制备简单，吸附分离操作简单，能耗低，对环境友好，分离效率高，适用范围广的优点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种苯和环己烷的高选择性分离方法。该方法采用柱[5]芳烃和缺电子取代的苯形成的电荷转移共晶晶体材料来高选择吸附苯。该材料可以有效的从苯和环己烷混合蒸汽中高选择性的吸收苯蒸汽，留下高纯度的环己烷，该过程吸附分离方法简单、对苯蒸汽的选择性高、可以多次重复使用并保持良好的分离效果。
[0006]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007]一种苯和环己烷混合蒸汽的高选择性分离方法。柱[5]芳烃(记为P)的分子结构是通过亚甲基桥连若干个对位取代的苯环，从静电势上看，这些苯环上表现为富电子的状态；受体分子(记为A)是由吸电子基取代的苯环，这些苯环上表现为缺电子状态；以P和A为原料得到一类电荷转移共晶结构(记为PA)；在PA组成的共晶堆积结构中存在层间缝隙，而苯蒸汽分子能够与共晶中的组成分子P和A形成弱相互作用并且插入到所述缝隙中，从而在苯和环己烷的混合蒸汽中选择性分离苯分子，该分离方式是固汽分离中一种全新的分离方式；
[0008]所述P包括：甲氧基柱[5]芳烃(记为MeP5)和乙氧基柱[5]芳烃(记为EtP5)；
[0009]所述A包括：四氟邻苯二甲酸酐(记为A4)、四溴邻苯二甲酸酐(记为A5)和4
‑
硝基苯甲酰氯(记为A6)。
[0010]P和A的添加量为：摩尔比2:1～1:2。
[0011]共晶材料的制备包括如下方法：
[0012]1)、将乙氧基柱[5]芳烃与四氟邻苯二甲酸酐加入二氯甲烷中至完全溶解，通过溶剂挥发法得到EtP5与A4的共晶晶体材料；
[0013]2)、将甲氧基柱[5]芳烃或者乙氧基柱[5]芳烃与四溴邻苯二甲酸酐(A5)加入到存有氯仿溶液的小瓶中，并将小瓶放置在含有甲醇的烧杯中，封口，通过不良溶剂扩散法得到MeP5 或EtP5与A5的共晶晶体材料；
[0014]3)、将乙氧基柱[5]芳烃与4
‑
硝基苯甲酰氯溶解在乙醇和二氯甲烷混合溶液中达到饱和，通过溶剂挥发法得到EtP5与A6的共晶晶体材料。
[0015]当所述乙氧基柱[5]芳烃和四氟邻苯二甲酸酐的共晶(记为EtP5
‑
A4)组成摩尔比是1:2 时，对混合气体中苯的选择性较高，分离效果更好。
[0016]所述共晶结构中包含两个四氟邻苯二甲酸酐分子，一个乙氧基柱[5]芳烃分子，四氟邻苯二甲酸酐分子位于乙氧基柱[5]芳烃壁外。
[0017]所述共晶晶体材料能够循环使用；循环使用前的处理方法为：将吸附了苯蒸汽的共晶晶体材料放置在80℃抽真空烘箱中加热2h，即能够恢复为原始的乙氧基柱[5]芳烃与四氟邻苯二甲酸酐摩尔比为1:2的共晶结构，并且能够回收被吸附的苯。
[0018]所述PA电荷转移共晶材料的普适性很强，对甲苯与甲基环己烷的混合物同样具有高效的分离效果，能够选择性吸附混合物中的甲苯。
[0019]本专利技术通过柱芳烃和缺电子基团取代的苯形成的电荷转移共晶晶体材料；采用所述共晶晶体材料吸附混合蒸汽中的苯，实现对环己烷的纯化。其原理是由柱芳烃与缺电子基团取代的苯组成的共晶晶体结构中存在缝隙，而苯分子通过与共晶组分形成弱相互作用力嵌入到共晶结构中，环己烷不能与共晶组分形成弱相互作用力而不能被嵌入到共晶结构中，从而使得共晶在苯和环己烷的混合蒸汽中选择性吸附苯。由此，所述柱芳烃与缺电子基团取代的苯形成的共晶晶体材料能在苯和环己烷混合物中选择性吸附苯，并且通过简单的脱吸附操作就可以除去共晶材料吸附的苯，使得共晶材料恢复原有结构，可以多次循环并且对苯保持高效的吸附性能。此外，该共晶材料对甲苯和甲基环己烷混合蒸汽中的甲苯同样具有高选择性。
[0020]所述苯和环己烷混合蒸汽中，苯和环己烷混合蒸汽体积比范围是99:1～1:99。甲苯和甲基环己烷混合蒸汽的体积比范围99:1～1:99。
[0021]吸附分离过程为：将所述共晶晶体材料置于苯和环己烷的混合蒸汽中或者甲苯和甲基环己烷的混合蒸汽中直至吸附达到饱和，温度为室温。
[0022]有益效果
[0023]1、本专利技术采用所述乙氧基柱[5]芳烃与四氟邻苯二甲酸酐形成的共晶晶体材料在苯和环己烷混合物中选择性吸附苯，即采用柱[5]芳烃和缺电子取代的苯形成的电荷转移共晶晶体材料来高选择吸附苯；该吸附分离方式是将苯分子嵌入到共晶堆积结构的缝隙中，分离方式新颖。
[0024]2、本专利技术与现有技术相比，主要优点包括：共晶制备简单，分离操作简单，节约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种苯和环己烷混合蒸汽的高选择性分离方法，其特征在于：柱[5]芳烃(记为P)的分子结构是通过亚甲基桥连若干个对位取代的苯环，从静电势上看，这些苯环上表现为富电子的状态；受体分子(记为A)是由吸电子基取代的苯环，这些苯环上表现为缺电子状态；以P和A为原料得到一类电荷转移共晶结构(记为PA)；在PA组成的共晶堆积结构中存在层间缝隙，而苯蒸汽分子能够与共晶中的组成分子P和A形成弱相互作用并且插入到所述缝隙中，从而在苯和环己烷的混合蒸汽中选择性分离苯分子；所述P包括：甲氧基柱[5]芳烃(记为MeP5)和乙氧基柱[5]芳烃(记为EtP5)；所述A包括：四氟邻苯二甲酸酐(记为A4)、四溴邻苯二甲酸酐(记为A5)和4
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硝基苯甲酰氯(记为A6)。2.如权利要求1所述的一种苯和环己烷的高选择性分离方法，其特征在于：P和A的添加量为：摩尔比2:1～1:2。3.如权利要求1所述的一种苯和环己烷的高选择性分离方法，其特征在于：共晶材料的制备包括如下方法：1)、将乙氧基柱[5]芳烃与四氟邻苯二甲酸酐加入二氯甲烷中至完全溶解，通过溶剂挥发法得到EtP5与A4的共晶晶体材料；2)、将甲氧基柱[5]芳烃或者乙氧基柱[5]芳烃与四溴邻苯二甲酸酐(A5)加入到存有氯仿溶液的小瓶中，并将小瓶放置在含有甲醇的烧杯中，封口，通过不良溶剂扩散法得到MeP5或EtP5与A4共晶晶体材料；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李生华，薛少敏，荣宇佳，庞思平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：