沸石咪唑酯骨架结构材料膜、其制备方法、及其用于分离c2-烃和c3+烃及用于分离丙烯和 ...的利记博彩app
【专利摘要】某些实施例涉及用于制备沸石咪唑酯骨架结构材料（ZIF）膜的方法。这些ZIF膜可用于将C2-烃从C3+烃分离以及用于分离丙烯和丙烷的混合物。
【专利说明】沸石咪唑酯骨架结构材料膜、其制备方法、及其用于分离
C2-烃和C3+烃及用于分离丙烯和丙烷混合物的方法
[0001] 本申请要求于2011年5月31日提交的美国临时专利申请N0.61/491663的权益，其全部内容通过引用并入本文。
_2]发明背景
[0003]1.发明领域
[0004]本发明的实施方案通常涉及用于制备沸石咪唑酯骨架结构材料的方法及其作为用于分离烃的膜的用途。
[0005]I1.【背景技术】
[0006] 沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF)是一种新型的晶体微孔材料。ZIF在结构上类似于沸石以及其它晶体材料。相比于为由通过氧桥联联结而成的四面体Si (Al)O4结构的沸石而言，ZIF是由通过咪唑酯配位体或其衍生物的氮原子桥联的金属离子或金属原子簇构成的(Banerjee等人，Science, 2008，319，P939)。ZIF属于微孔材料，因为其孔径大小通常小于2nm。ZIF的常规孔隙结构可区分原子水平的气体分子。因此，ZIF具有以粉末形式或以连续膜形式用于分离气体的潜力。
[0007]美国专利公开2007/0202038 (其全部内容通过引用并入本文)描述了一系列ZIF材料的合成以及将其用作H2和CO2存储的吸附剂的方法。PCT公开W02009/105270 (其全部内容通过引用并入本文)描述了在变压或变温过程中ZIF晶体用作吸附剂来从天然气再生H2。PCT公开TO2009/105251 (其全部内容通过引用并入本文)描述了包括ZIF_1，ZIF_7，ZIF-8和ZIF-1l的不同类型的ZIF结构，其用作为吸附剂从C2+烃分离甲烷。PCT公开W02009/105251还描述了基于这些ZIF材料的膜过程；但是W02009/105251中所述的膜利用ZIF晶体和粘合剂来制备。分离机制是基于将C2+选择性地吸附到甲烷上，因此膜对于C2+烃而言具有更大的渗透性。
[0008]对于用于快速、高效分离多组分气体混合物的额外材料仍然存在需求。
【发明内容】
[0009]某些实施例涉及用于制备沸石咪唑酯骨架结构材料(ZIF)膜的过程。ZIF是金属离子或金属簇，包括但不限于通过咪唑酯配位体或其衍生物的氮原子桥联的钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钥、锝、钌、铑、钯、银、镉、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、钼、金、汞、镑、Rf、Db、Sg、Bh、Hs、Mt、Ds和/或Rg，所述咪唑酯配位体或其衍生物包括但不限于由甲基、卤素、F、Cl、溴、CN或CHO基团取代的咪唑酯。在某些方面，咪唑酯是咪唑酯、苯并咪唑酯(benzimazolate)、嘌呤(purinate)、4或5氮杂苯并咪唑酯(参见美国专利公开2007/020038，其针对各种咪唑酯衍生物的描述并通过引用并入本文)。以结构I示出咪唑酯，其中M表示金属离子或金属离子簇。咪唑酯衍生物的实例以结构II至VI示出。
[0010]结构I
[0011]
【权利要求】
1.一种用于制备沸石咪唑骨架结构材料(ZIF)膜的方法，所述方法包括: 将孔径大小从约0.2纳米至约0.5纳米的多个ZIF籽晶粒子沉积到载体上以便形成ZIF籽晶层； 在适于ZIF晶体生长的条件下将包括ZIF籽晶层的载体暴露于包含金属离子或金属簇以及咪唑酯的ZIF合成溶液；和 形成ZIF膜，其具有在从约I微米至约100微米范围内的厚度、以及在从0.2纳米至约0.5纳米范围内的孔径大小。
2.一种用于制备ZIF膜的方法，所述方法包括: 在适于ZIF晶体形成的条件下将载体材料暴露于包含金属离子或金属簇以及咪唑酯的ZIF合成溶液；以及 形成ZIF膜，其具有在从约I微米至约100微米范围内的厚度、以及在从0.2纳米至约0.5纳米范围内的孔径大小。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中膜材料是孔径大小为从0.3纳米到0.4纳米的ZIF材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述ZIF材料是ZIF-8、ZIF-67、ZIF-7或ZIF-65。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述ZIF材料是ZIF-8和ZIF-67。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述膜在水溶液中合成。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述膜在10°C至100°C之间的温度合成。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中载体材料是α-氧化铝、不锈钢、镍、玻璃或聚合物。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中载体材料是平板状、管状、中空纤维或整块。
10.一种用于分离C2-组分和C3+组分的混合物的方法，所述方法包括: 提供以不同组成比包含至少一种C2-组分和至少一种C3+组分的料流； 提供包含多个多孔ZIF晶粒的ZIF膜，所述ZIF晶粒形成支撑于载体材料上的ZIF层，其中所述ZIF层的厚度在从I微米至100微米的范围内，且其孔径尺寸在从0.2纳米到0.5纳米的范围内；以及 通过将待分离的料流供给到膜的进料侧使得C2-烃将优先通过膜从而得到富含C2-烃的渗透料流和富含C3+烃的滞留料流来执行膜分离方法。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述C2-组分是氢气、氮气、氧气、甲烷、乙烷或乙醇。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述C3+组分是丙烷、丙烯、丁烷、丁烯、异丁烯、丙醇、异丙醇或丁醇。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述载体材料是α-氧化铝、不锈钢、镍、玻璃或聚合物。
14.根据权利要求10所述的方法，其中所述载体材料是平板状、管状、中空纤维或整块。
15.根据权利要求10所述的方法，其中用于膜分离方法的驱动力通过将压力施加到进料侧上或通过在渗透侧上抽真空来提供。
16.根据权利要求10所述的方法，其中氢气和丙烷的混合物能以至少40的分离因子分离，其中氢气的渗透率大于2000X Knmol/tfs Pa]。
17.根据权利要求10所述的方法，其中氢气和丙烯的混合物能以至少10的分离因子分离，其中氢气的渗透率大于2000X Knmol/tfs Pa]。
18.根据权利要求10所述的方法，其中乙烷和丙烷的混合物能以至少40的分离因子分离，其中乙烷的渗透率大于500X 10-lcl[mol/m2s Pa]。
19.根据权利要求10所述的方法，其中乙烯和丙烯的混合物能以至少5的分离因子分离，其中乙烯的渗透率大于1000X l0.Diiol/n^s Pa]。
20.根据权利要求10所述的方法，其中乙烯和丙烷的混合物能以至少40的分离因子分离,其中乙烯的渗透率大于800X 10_1Q[mol/m2s Pa]。
21.根据权利要求10所述的方法，其中乙醇和异丙醇的混合物能以至少500的分离因子分离，其中乙醇的渗透率大于8X 10_8[mol/m2s Pa]。
22.用于分离丙烯组分和丙烷组分的混合物的方法，所述方法包括: 提供包含丙烯组分和丙烷组分的料流； 提供包括多个多孔ZIF晶粒的ZIF膜，所述ZIF晶粒形成支撑于载体材料上的ZIF层，其中所述ZIF层的厚度在从I微米至100微米的范围内，且其孔径尺寸在从0.2纳米到0.5纳米的范围内；以及 通过将待分离的料流供给到膜的进料侧使得丙烯将优先通过膜从而得到富含丙烯的渗透料流和富含丙烷的滞留料流来执行膜分离方法。
23.根据权利要求10所述的方法，其中丙烯和丙烷的混合物能以至少25的分离因子分离，其中丙烯的渗透率大于2X l(T`8[mol/m2s Pa]。
【文档编号】B01D53/02GK103702741SQ201280037335
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】赖志平, 潘宜昌 申请人:阿卜杜拉国王科技大学