本发明属于晶态多孔材料制备,涉及一种新型锌基金属有机框架材料(metal organic frameworks,mof)的制备方法及其应用,该mof材料具有微孔结构并且可以用于低碳烃气体的吸附分离。
背景技术:
1、低碳烃在工业和日常生活中具有十分重要且广泛的用途,是石油化工工业中重要的原材料,主要应用于化工生产、有机物合成以及燃料等众多领域。低碳烃的主要来源是通过高级烃的裂解和重组过程,得到的产物往往以混合物的形式出现,因此需要对其进行分离纯化处理。吸附法是基于吸附材料对于不同低碳烃气体吸附作用力的差异实现分离的,具有工艺成熟、操作简单和能耗低等特点。因此开发一种新型低碳烃分离吸附剂是实现节能降耗的有效途径,具有十分重要的意义。
2、金属有机框架材料是一种由无机金属离子与有机配体通过自组构成的新型多孔晶态材料。由于其具有种类结构多、高孔隙率、高比表面积、具有不饱和金属位点、易于修饰调节、结构明确等特点,作为多孔吸附剂在气体吸附分离领域表现出了极强的应用前景。mof材料与活性炭、沸石等传统的吸附材料相比,其具有的孔道可调节、易于修饰和具有更多活性位点等特点,使其更易于吸附。
技术实现思路
1、本发明在溶剂热条件下使用有机配体4',4”,4”',4””-(乙烯-1,1,2,2-四基)四([1,1'-联苯]-4-羧酸)(tcbpe)和有机配体4,4'-(2,3,6,7-四甲氧基蒽-9,10-二基)二吡啶(bpaome)与硝酸锌(zn(no3)2)在溶剂热条件下合成了一例新型mof材料。该mof材料具有的孔结构和较高的稳定性,能够应用于多组分低碳烃的分离。
2、本发明的目的在于提供一例微孔mof材料(zn-tcbpe-bpaome)的制备方法,该mof是由有机配体4',4”,4”',4””-(乙烯-1,1,2,2-四基)四([1,1'-联苯]-4-羧酸)(tcbpe)和有机配体4,4'-(2,3,6,7-四甲氧基蒽-9,10-二基)二吡啶(bpaome)与硝酸锌(zn(no3)2)在溶剂热条件下反应得到的黄绿色块状晶体,可用于混合低碳烃分离。
3、本发明的mof材料zn-tcbpe-bpaome,其化学式为c68h46no11zn2,tcbpe为4',4”,4”',4””-(乙烯-1,1,2,2-四基)四([1,1'-联苯]-4-羧酸),bpaome为4,4'-(2,3,6,7-四甲氧基蒽-9,10-二基)二吡啶。
4、从晶体结构角度分析,zn-tcbpe-bpaome属于三斜晶系,空间群为p-1,晶胞参数为α=95.771(4)°,β=97.809(4)°,γ=99.162(5)°。
5、本发明上述zn-tcbpe-bpaome的合成方法,主要包括以下步骤:
6、(1)将有机配体tcbpe、bpaome与zn(no3)2溶解于n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、并加入甲醇(meoh)和硝酸(hno3)的混合溶液;
7、(2)将步骤(1)中的混合溶液进行溶剂热反应,得到黄绿色块状晶体,反应温度为90-120℃,反应时间为24-72h。
8、上述方案中tcbpe、bpaome和zn(no3)2摩尔比为1:1:1-1:3:3,混合溶剂中dmf和meoh的体积比为1:1-2:1,混合溶剂中hno3和meoh的体积比为1:500-1:1000,每毫摩尔有机配体tcbpe对应溶剂用量体积(ml)比例为1:100-1:400。
9、本发明基于有机配体4',4”,4”',4””-(乙烯-1,1,2,2-四基)四([1,1'-联苯]-4-羧酸)和有机配体4,4'-(2,3,6,7-四甲氧基蒽-9,10-二基)二吡啶与金属锌源制备了一种新型mof材料。气体吸附实验表明,它能够大量吸附低碳烃气体,且对于不同低碳烃气体,其吸附具有一定差异。因此,该mof可作为低碳烃气体分离吸附剂,在材料科学领域具有良好的应用前景。
1.一种锌基金属有机框架材料,其特征在于:
2.根据权利要求1所述的锌基金属有机框架材料,该金属有机框架材料为三维层状柱结构,四核金属锌与tcbpe配体形成二维层状结构,所述二维层状结构中的四核金属锌与bpaome配体连接形成三维微孔结构。
3.权利要求1-2任一项所述的锌基微孔金属有机框架材料的制备方法,包括以下步骤:
4.按照权利要求3所述的方法,其特征在于步骤(1)中,有机配体tcbpe和bpaome以及zn(no3)2摩尔比为1:1:1-1:3:3。
5.按照权利要求3所述的方法,其特征在于步骤(1)中,每毫摩尔有机配体tcbpe对应溶剂用量体积(ml)比例为1:100-1:400。
6.按照权利要求3所述的方法,其特征在于步骤(1)中,混合溶剂中dmf和meoh的体积比为1:1-2:1。
7.按照权利要求3所述的方法,其特征在于步骤(1)中,混合溶剂中hno3和meoh的体积比为1:500-1:1000。
8.按照权利要求3所述的方法,其特征在于步骤(2)中,溶剂热反应条件90-120℃,反应时间为12-72h。
9.权利要求1-2任意一项所述的锌基金属有机框架材料的应用,可作为吸附材料用于混合低碳烃气体的分离。