本发明专利技术属于吸附分离材料技术领域，公开了一种用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂，实现正己烷和高辛烷值的支链烷烃的选择性吸附分离。采用金属盐对碳源进行发泡，将金属氧化物锚固在多孔碳泡沫上；利用金属离子与金属氧化物结合，形成含羟基双金属盐的多孔碳泡沫中间体；在有机配体作用下，实现金属有机骨架材料原位负载到多孔碳泡沫上，多孔碳泡沫与金属有机骨架复合材料，赋予多孔碳泡沫吸附分离等多种功能。本发明专利技术所制备的多孔碳泡沫与金属有机骨架复合吸附剂具有优异的气体混合物分离能力，可用于气体混合物的高效分离，具有很好的工业应用前景。具有很好的工业应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂及其制备方法和应用
[0001]本专利技术属于吸附分离材料
，具体涉及一种用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫与金属有机骨架复合吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]气体混合物精细化分离是能源及化工系统中不可或缺的核心技术，是进一步提高油品品质、转化效率、降低污染物排放的关键所在。例如，C6作为汽油的主要成分，其同分异构体的辛烷值存在较大差异，其含量对于汽油的品质也至关重要，因此需要将低辛烷值的直链正己烷从混合物中分离出来。目前，传统的热驱动分离过程(如精馏分离)存在能耗高、经济效益低的缺陷，而采用非热驱动分离(如吸附分离)可大幅度降低能耗。其中，吸附分离材料作为吸附分离技术的核心，其结构性能对吸附分离效果的好坏起决定性作用。
[0003]在众多吸附分离材料中，金属有机骨架(Metal
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Organic Framework，MOF)材料具有高的孔隙率(50％～90％的自由体积)、大的比表面积(100～10000m2/g)、高度可调控的孔尺寸(0.3～10nm)和暴露的活性位点等，在气体吸附分离领域显示出巨大的应用潜力。然而，本征MOF材料在分离混合物时存在吸附容量和分离选择性难以兼具的问题。
[0004]为了提高本征MOF材料的分离性能，具有优异疏水性和结构稳定性的碳基多孔材料被广泛用作功能性复合基底，从而赋予MOF材料丰富的孔结构。然而，本征碳基多孔材料(如活性炭AC、碳纳米管CNTs、石墨烯GR等)因疏水性和缺乏结合位点，难以与MOF材料形成有效的复合材料。近年来，碳基多孔材料的预酸化或羟基功能化策略被普遍采用。例如，Shang等人[Yaxin Shang,Qing Xu,Zhixiao Gao,et al.Enhancedphosphate removal frompractical wastewatervia in situ assembled dimension
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engineered MOF@carbon heterostructures[J].Chemical Engineering Journal,2022,428:132536.]将本征CNTs预羟基化后分散于有机溶剂中，从而得到了性能优异的ZIF
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8@CNT
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OH复合材料，以有效地从受污染的水体中去除磷酸盐。孙肇兴[孙肇兴.MOF
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多孔碳复合材料制备与性能的研究[D].北京,中国石油大学,2018.]也对碳基多孔材料(活性炭、石墨烯泡沫)进行了酸化处理，合成了兼具热稳定性与吸附性的MOF
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多孔碳复合材料，用于污水处理和甲烷吸附，然而，酸化预处理不符合绿色化学的制备理念，且制备工艺复杂。Sun等人[Yunfei Sun,Min Ma,Xiaohong Sun,et al.High n
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hexane adsorption capacity of composite adsorbents based on MOFs and graphene with various morphologies[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2020,59:13744
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13754.]在表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠)的驱动下合成了ZIF
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8/3DGR复合材料，但3DGR制备工艺复杂，且复合后比表面积降低、晶体分布不均匀、负载率低。如何高效合成MOF与多孔碳材料的复合材料，并赋予其优异的选择性吸附分离性能是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
[0005]针对以上问题，本专利技术的目的之一是提供一种用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫(Porous Carbon Foam，PCF)/金属有机骨架(Metal
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Organic Framework，MOF)复合吸附剂，用于吸附正己烷，以实现正己烷和高辛烷值的支链烷烃的分离。本专利技术所述的高辛烷值的支链烷烃为3
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甲基戊烷、2
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甲基戊烷、2,3
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二甲基丁烷、2,2
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二甲基丁烷。
[0006]本专利技术所述的用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂为通过先在多孔碳泡沫上锚固金属氧化物，再与金属盐结合形成羟基双金属盐(HDS)，最后加入有机配体，使金属有机骨架材料在多孔碳泡沫上原位合成制得；所述多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂的平均孔径为1.25～1.75nm。
[0007]进一步地，上述金属氧化物中的金属元素为锌或铜；金属盐中的金属离子为锌离子、钴离子、铜离子中的一种。
[0008]本专利技术的目的之二是提供上述用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂的制备方法，具体步骤为：
[0009](1)制备含金属氧化物的多孔碳泡沫：将碳源与金属盐水溶液混合，搅拌均匀后，在惰性气氛下热解发泡，得到多孔碳泡沫/金属氧化物基底；
[0010](2)制备含羟基双金属盐的多孔碳泡沫：配制金属盐水溶液，加入到步骤(1)的多孔碳泡沫/金属氧化物基底中，并搅拌使充分反应，得到多孔碳泡沫/羟基双金属盐；
[0011](3)制备含金属有机骨架的多孔碳泡沫：配制有机配体水溶液，加入到步骤(2)的多孔碳泡沫/羟基双金属盐中，并搅拌均匀，随后进行溶剂热合成，将得到的沉淀物离心、洗涤、干燥，得到多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂。
[0012]进一步地，本专利技术步骤(1)的金属盐：步骤(2)的金属盐：步骤(3)的有机配体的摩尔比为1:1:2～20；更进一步地，步骤(1)的金属盐：步骤(2)的金属盐：步骤(3)的有机配体的摩尔比为1:1:10～16。
[0013]进一步地，步骤(1)所述的碳源为聚合物、沥青、生物质中的一种。
[0014]进一步地，步骤(1)所述的金属盐选自金属醋酸盐、金属硝酸盐、金属硫酸盐、碱式碳酸盐中的任意一种；更进一步地；步骤(1)的金属盐中的金属离子为锌离子或铜离子。
[0015]进一步地，步骤(1)所述的热解温度为300
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900℃，时间为1
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3h；更进一步地，热解温度为600
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700℃，时间为2h。热解温度如大于900度会发生氧化还原反应，金属氧化物会被碳还原为金属。
[0016]进一步地，步骤(2)所述的金属盐选自金属醋酸盐、金属硝酸盐、金属硫酸盐、碱式碳酸盐中的任意一种；更进一步地，步骤(2)的金属盐中金属离子为锌离子、钴离子、铜离子中的一种。
[0017]进一步地，步骤(3)所述的有机配体为咪唑、2
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甲基咪唑、2
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醛基咪唑、2
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氨基苯并咪唑、对苯二甲酸、氨基对苯二甲酸、羟基对苯二甲酸、氟基对苯二甲本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂，其特征在于，所述多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂用于吸附正己烷，以实现正己烷和3
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甲基戊烷、2
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甲基戊烷、2,3
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二甲基丁烷、2,2
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二甲基丁烷的分离；所述多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂为通过先在多孔碳泡沫上锚固金属氧化物，再与金属盐结合形成羟基双金属盐，最后加入有机配体，使金属有机骨架材料在多孔碳泡沫上原位合成制得；所述多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂的平均孔径为1.25～1.75nm。2.根据权利要求1所述的用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂，其特征在于，所述金属氧化物中的金属元素为锌或铜；所述金属盐中的金属离子为锌离子、钴离子、铜离子中的一种。3.权利要求1所述的用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：(1)制备含金属氧化物的多孔碳泡沫：将碳源与金属盐水溶液混合，搅拌均匀后，在惰性气氛下发泡热解，得到多孔碳泡沫/金属氧化物基底；(2)制备含羟基双金属盐的多孔碳泡沫：配制金属盐水溶液，加入到步骤(1)的多孔碳泡沫/金属氧化物基底中，并搅拌使充分反应，得到多孔碳泡沫/羟基双金属盐；(3)制备含金属有机骨架的多孔碳泡沫：配制有机配体水溶液，加入到步骤(2)的多孔碳泡沫/羟基双金属盐中，并搅拌均匀，随后进行溶剂热合成，将沉淀物离心、洗涤、干燥，得到多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂。4.根据权利要求3所述的用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中金属盐：步骤(2)中金属盐：步骤(3)中有机配体的摩尔比为1:1:2～20。5.根据权利要求3所述的用于分离C6烷烃异构体的多孔碳泡沫/金属有机骨架复合吸附剂的制备方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李旭飞，黄维秋，王鑫雅，刘麟，周艳康，李瑀宁，孔翔宇，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：
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