本技术涉及新材料技术领域,特别是一种Zn-MOF材料的制备方法及其在气体分离领域的应用。该材料具有特定的化学通式[Zn2(H2O)2(BDC)2],通过优化合成条件,实现了高效制备。该Zn-MOF材料在气体分离过程中展现出优异的吸附性能和选择性,具有广泛的应用前景。
背景技术
乙炔(C2
H2
)是一种关键的工业原料,广泛用于制造乙烯、聚氯乙烯、丙烯、丁二烯等基础化学品,以及橡胶、纤维和塑料等合成材料。工业上乙炔主要通过甲烷氧化制取,然而通过这个反应制取的乙炔当中含有较多的二氧化碳(CO2
)杂质气体,影响其在下游化工过程中的效率和最终产品的质量。因此,高效分离出高纯度的乙炔,对于提升能源利用效率和降低生产成本具有重要意义。面对能源短缺和环境危机,更为清洁、经济的天然气、生物沼气、页岩气、煤层气等气体资源作为石油和煤炭的理想替代品备受关注。这些气体资源的有效成分是甲烷(CH4
),往往混有二氧化碳气体,这会降低燃烧热值并腐蚀输气管道,也限制了利用范围。因此对CO2
进行选择性捕获并实现CO2
/CH4
的高效分离十分关键。
目前的气体分离工艺主要包括化学吸收、低温蒸馏和溶剂萃取等,这些方法往往能耗高且对环境有不利影响。例如,低温蒸馏基于混合气体中各组分液化温度的差异实现分离,需要大量的能量来冷却和液化气体;而化学吸收则需要使用大量溶剂且溶剂回收与再生过程能耗大,也可能产生有害废液对环境有一定影响。因此,迫切需要一种低能耗、环境友好的分离提纯工艺与材料。
与传统的分离技术相比,吸附分离法可在常温常压下的,成本和能耗都比较低。但是,传统的吸附剂,如沸石,分子筛,活性炭,表面积和孔隙率小,结构不可调控,很难实现气体的分离。金属-有机框架(Metal-Organic Framework,简称MOF)是由金属离子和有机配体通过自组装过程形成的具有周期性网络结构的晶态材料,MOF因具有高度有序的孔道结构、较大的比表面积、孔径可调控和修饰等特点,其在气体吸附、储存与分离以及选择性气体吸附等方面具有较强的应用性。可以作为一种低能耗、高效率、和适应性强的吸附剂。
实现思路