【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化学及化学工程领域，涉及一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料及其制备方法。
技术介绍
1、乙烯是全球体量最大的有机化工产品，全球总产能超过1.5亿吨/年，生产单耗基本维持在每吨产品600kg标准油。现有的乙烯分离装置主要基于深冷液化、低温精馏等相平衡分离工艺，能耗非常高，约占乙烯生产总能耗的25～30％。对于乙烯/乙烷的分离精制，不依赖相平衡的膜分离和吸附分离技术，以及不依赖低温相变的吸收技术，是打破低沸点和相对挥发度小等制约因素、降低生产能耗的重要方法。高选择性膜材料、吸附材料以及吸收剂，是实现乙烯/乙烷分离过程节能降耗的关键。
2、银离子能够与碳碳双键发生配位作用，能够显著提高材料的乙烯亲和选择性。从二十世纪60年代开始，研究人员一直在尝试将负载银离子的材料用于分离裂解气中的乙烯，比如银盐的各种溶液用作乙烯/乙烷分离的吸收剂[b.b.baker,the effect of metalfluoroborates on the absorption of ethylene by silver ion.inorg.chem.,1964,3,200-202]，银盐溶液浸渍并低温干燥的各种多孔材料用作乙烯/乙烷分离的吸附剂[j.g.min,k.c.kemp,s.b.hong,silver zk-5zeolites for selective ethylene/ethaneseparation.sep.purif.technol.,2020,250,117146]，阳离子交换树脂负载银离子以后制备成
3、针对银离子在载体材料中的稳定性问题和分散性问题，本专利技术提出一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料的制备方法。本专利技术所述的微孔复合材料，具有如下显著的优势：负电荷能够排斥自由电子，为银离子创造稳定存在的微环境，从而显著延长微孔复合材料的乙烯亲和活性；限域微孔结构能够实现银离子的单分散，同时保证这些银离子在载体中能够局部暴露，使负载的银离子能够与乙烯直接接触，大幅提高利用率。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料，以及这种复合材料的制备方法。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料，以磺化共价有机框架材料tppa-so3h为载体，平均孔径为1.47nm，每g载体的孔容为0.31cm3，每个孔环有三个磺酸基团负载银离子；载体由三醛基间苯三酚、邻磺酸对苯二胺缩聚合成；载体上负载银离子，最大负载量为0.316g/g载体；银离子通过硝酸丙胺活化，硝酸丙胺的负载量为0.10～0.20g/g载体。
4、一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料的制备方法，步骤如下：
5、1)去离子水充分润湿载体颗粒：将载体颗粒加入醇水混合溶剂中，醇水混合溶剂与载体颗粒的质量比介于10:1至50:1，所用醇类为甲醇、乙醇、甲醇或甲醇与乙醇的混合物，醇水混合溶剂中醇的质量分数介于20％至70％之间；通过超声振荡或机械搅拌使载体颗粒在醇水混合溶剂中完全分散，然后通过离心或过滤分离出载体颗粒，再将充分润湿的载体颗粒转移至去离子水中，去离子水与载体颗粒的质量比介于25:1至50:1；通过超声振荡或机械搅拌使载体颗粒在去离子水中完全分散，然后通过离心或过滤分离出载体颗粒，在充分润湿状态下直接使用或密封保存；
6、2)载体颗粒负载银离子：配制浓度为10～25g/l的硝酸银溶液；将步骤1)中获得的去离子水充分润湿的载体颗粒加入硝酸银溶液中，每l硝酸银溶液中加入载体颗粒的质量为20g～50g；通过超声振荡或机械搅拌使载体颗粒在硝酸银溶液中完全分散，并维持超声振荡或机械搅拌超过2小时；通过离心或过滤分离出载体颗粒，再通过真空冷冻干燥设备脱除载体颗粒中的水分，得到的负载银离子的载体颗粒直接使用或密封避光保存；整个银离子负载过程需在避光条件下进行；
7、3)载体颗粒中银离子的活化：配制质量分数为30％～60％的硝酸丙胺溶液；将步骤2)中制备的负载银离子的载体颗粒加入密闭容器中，然后抽真空至绝对压力低于5000pa；将硝酸丙胺溶液加入真空密闭容器中，硝酸丙胺溶液的加入量保证负载银离子的载体颗粒被充分浸没，然后机械振荡使负载银离子的载体颗粒被充分润湿；将密闭容器的压力恢复至正常大气压，静置超过1小时，然后通过离心或过滤分离出载体颗粒；通过真空冷冻干燥设备脱除负载银离子的载体颗粒中的水分，然后直接使用或密封避光保存；整个银离子活化过程需在避光条件下进行。
8、本专利技术的有益效果：本专利技术通过富含磺酸基团的刚性纳米微孔材料负载银离子，磺酸基团创造负电荷微环境排斥自由电子，显著提高银离子的抗还原稳定性，从而大幅延长材料的乙烯亲和活性，吸附测试表明本专利技术所述微孔复合材料存放30天后性能未明显衰减；纳米限域微孔结构实现银离子单分散，同时保证银离子在载体中能够局部暴露，使银离子负载后能够与乙烯直接接触，大幅提高利用率；所制备的微孔复合材料具有极高的银离子负载量，最高容量可达0.316g/g载体；在微孔结构中真空浸渍吸入离子液体硝酸丙胺，通过硝酸丙胺的水溶液浓度精确控制负载量范围为0.10～0.20g/g载体，在活化银离子的同时精细调控限域微孔结构的尺寸，能够同时提高微孔复合材料的乙烯亲和选择性和尺寸筛分选择性；本专利技术所述方案将载体颗粒浸润、银离子负载、银离子活化分步进行，可实现tppa-so3h、硝酸银以及硝酸丙胺的高效循环利用，有利于降低生产成本。综上所述，本专利技术提供了一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料及其制备方法，为进一步开发高性能乙烯/乙烷分离膜或者吸附剂提供了材料基础。
9、该方法以磺化共价有机框架材料tppa-so3h为载体，通过离子交换负载银离子、通过真空浸渍负载离子液体硝酸丙胺，最终获得在纳米尺度负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料，用于高效分离乙烷和乙烯。
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1.一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料，其特征在于，以磺化共价有机框架材料TpPa-SO3H为载体，平均孔径为1.47nm，每g载体的孔容为0.31cm3，每个孔环有三个磺酸基团负载银离子；载体由三醛基间苯三酚、邻磺酸对苯二胺缩聚合成；载体上负载银离子，最大负载量为0.316g/g载体；银离子通过硝酸丙胺活化，硝酸丙胺的负载量为0.10～0.20g/g载体。
2.一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
【技术特征摘要】
1.一种负电荷微环境中限域单分散银离子的微孔复合材料，其特征在于，以磺化共价有机框架材料tppa-so3h为载体，平均孔径为1.47nm，每g载体的孔容为0.31cm3，每个孔环有三个磺酸基团负载银离子；载体由三醛基间苯三酚、邻磺酸对苯二...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮雪华，程韦嘉，贺高红，郑文姬，焉晓明，肖武，姜晓滨，王佳铭，陈艺飞，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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