cu配合物的合成与分离乙烯乙烷的性能研究(附件)【字数：12550】
摘 要摘 要石油化工是推动世界经济发展的支柱产业之一，而乙烯是石油化工的龙头产品。分离乙烯/乙烷是石油化工中重要的分离过程。目前，在工业中一直使用低温精馏方法分离乙烯/乙烷。尽管精馏是一种非常成熟的工艺，但能耗巨大，研究人员一直致力于寻求一种高效、节能、低成本的方法以取代低温精馏。π络合吸附分离作为一种介于物理吸附和化学吸附之间的新型吸附分离技术，引起了科学研究者的广泛关注，其关键是开发具有高选择性的π络合吸附剂。本论文利用[CuI(CH3CN)4][BF4]与2, 2-联吡啶(2, 2-bpy)、1, 10-菲啰啉(1, 10-phen)反应，得到了两例Cu配合物[CuII2(O2CCH3)(OH)(OH2)(phen)2][BF4]2 ?H2O（1）和[CuI2(bipy)2(OH2)2][BF4]2（2）。利用单晶X-射线衍射仪测定其晶体结构和利用IGA-100智能重量吸附仪表征其吸附分离乙烯/乙烷性能。结果表明，在配合物1中的金属离子是二价铜，从而不具备分离乙烯/乙烷性能；而配合物2中的吸附位点较少，从而导致吸附分离性能较差。关键词铜配合物，π络合，吸附剂，吸附分离，乙烯，乙烷
目 录
第一章 绪论 1
1.1 吸附应用背景及前景 2
1.2 分离方法及π络合吸附剂 2
1.2.1 传统分离方法 2
1.2.2 π络合吸附分离 4
1.3 Cu(I)和Ag(I)配合物的应用 8
1.4 本课题的选题依据和意义 13
第二章 实验部分 14
2.1 试剂与仪器 14
2.1.1 试剂 14
2.1.2 仪器 14
2.2 前驱物[Cu(CH3CN)4][BF4]的合成 14
2.3 [CuII2(O2CCH3)(OH)(OH2)(phen)2][BF4]?H2O的合成 15
2.4 [CuI2(bipy)2(OH2)2][BF4]2的合成 15
2.5 性能测试 16
第三章 结果与讨论 17
3.1 晶体结构 17
3.2 吸附分离乙烯/乙烷的性能研究 20
第四章 结语与展望 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
2
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1 吸附应用背景及前景
石油化工行业是推动世界经济发展的支柱产业之一，而乙烯作为石油化工的首要产品，现在由乙烯生产的石油化工产品已高达近75 %。所以乙烯工业在我国国民经济中有着举足轻重的地位，它的发展推动了世界石油化工的发展，进而使我国成为全球仅仅次于美国的乙烯生产第二大国。随着迅速增大的能源需求量与逐渐减少的能源，如何寻求更多乙烯生产途径成为世界关注的热点。改善对含有乙烯等有机气体排放的回收利用时的设备、方法，是节约成本、扩大乙烯生产量的重要途径，更可以保护环境。除了传统深冷分离法外，由于变压吸附分离法节约能耗、便于操作，成本费用低等特点受到广大研究者的关注。
即使我国的乙烯产量在不断增加，但还是供不应求。随着炼厂FCC（催化裂化）生产装置的增加以及生产规模的扩大，FCC干气产量也不断增加。FCC干气中主要成分为氢气（25%40%）与乙烯（10%20%），另外延迟焦化干气（主要成分为甲烷与乙烷）、热裂化干气中也都含有一定的乙烯。这些含有轻烃、氢气、乙烯的干气虽有较高的利用价值，但目前国内炼厂都是将其作为燃料气，这种处理方式是极大的资源浪费，还会造成大气环境污染，处理废气的成本也会随之升高。现人类正在寻求一种更优的可以将干气中乙烯回收利用的方法。
烷烯烃的分离在石油化工中占有重要地位。在化工过程中吸附分离技术是一种历史短暂但十分新颖重要的分离方法[13]。传统分离过程（以精馏为例）与之相比，吸附分离过程的优势不仅仅是分离纯度高，更重要的是能耗低、设备简单、易于实现自动化等。因此，虽然其在工业中应用时间较短，但发展较快，在许多化工过程中作为一个独立的单元操作应用，体现了其优越的节能效果和发展前景。
经典理论认为：分子是保持物质性质的最小单位。化学反应是在以原子和分子为基本单元的水平上进行的，便可知化学是在原子和分子的基础上研究物质及其相互转化的学科。化学反应经过再次排列组合原子与分子这些微粒来生成新的物质。利用共价键使原子依次紧凑地连接，来生成有着一定的元素原子组成、键和方式和空间构型的分子。与热力学稳定的原子集合区别之处在于，这些新的分子一旦生成，分子与分子之间就有着相互作用，有了这种相互作用，分子之间的空间结构就会随之改变。结构决定性质，因此物质的性质也会随之改变。但是依照另外一个层面来看，分子的空间结构并不能直接决定物质的性质，聚集状态才是决定因素。这种相互作用使分子与分子大量地聚集连接在一起形成可以被使用的材料。经过大量的实验验证，研究人员得出结论：结构决定性质，由于分子间相互作用力的存在，对物质性能（如物质的熔沸点、表面吸附和溶解性等）有着很大的影响。
吸附剂对不同的气体组分吸附机理不同，这样就可以将其分为物理吸附和化学吸附。物理吸附：吸附剂利用静电力或分子间作用力(即范德华力)吸引吸附质分子而达到吸附的目的，吸附机理类似于气体的液化和蒸汽的冷凝，所以结合力比较弱，吸附热比较低，吸附过程可逆，吸附速度与解析速度都很快。化学吸附：吸附质与吸附剂表面的原子有化学反应的发生，电子在吸附质和吸附剂之间转移、原子在吸附质和吸附剂之间重排或化学键的破坏与生成等。化学吸附大都具有比较高的选择性，但是它也有劣势，即分子间的结合力很强，由此就给解析带来了困难，化学吸附过程不可逆，所以不能达到变压吸附的条件。
从炼厂FCC干气中吸附分离乙烯是工业发展很好的前景[4]。吸附分离法花费小，反应设备简单，对其设备材料没有特殊要求，成本比较低，因此工业发展前景很好。吸附分离法的核心是吸附剂。吸附剂至少应该具备分离因数大、使用寿命长和吸附容量大的特点才能被称为是性能良好的吸附剂。炼厂FCC干气中丰富的乙烯和氢气有很高的利用价值[5]，由于乙烯和乙烷物理性质相似，一般吸附剂很难将它们分离。乙烯和乙烷能否成功分离开来的关键在于吸附剂的分离因数[69]。现在，研究主要集中在化学络合的吸附剂，Cu能与含双键的物质（如乙烯）得到π 络合物，将Cu负载在合适的载体上，制备出对乙烯具有特定吸附性能的吸附剂，从而达到分离乙烯乙烷的目的。良好的载体有助于组分的分散，从而提高络合吸附剂的吸附性能。现用的改性吸附剂主要是Cu+，通过Cu+与含不饱和双键的乙烯分子形成π 络合，利用化学吸附的方法来分离乙烯乙烷[10]。
1.2 分离方法及π 络合吸附剂
1.2.1 传统分离方法
（1）深冷分离法
深冷分离法是一种提纯裂解乙烯的较为传统的工艺，国外已经成功实现工业化，经济效益显著。裂解气中，由于各烃碳数不同，单双键个数不同所以沸点不同。深冷分离法根据沸点不同，相对挥发度不同，在各种低温条件下通过精馏过程依次进行裂解气各组分的分离提纯。这种分离方法得到的乙烯纯度高。这项工艺分离提纯需要环境设备的温度极低，因此多应用于大型乙烯生产装置。比如：分离甲烷的温度大约是90℃～120℃，温度要求苛刻，能耗高，对于普通的FCC 装置是不理想的。现在我国的炼厂FCC生产装置多为小型装置，反应量小，炼厂不集中，深冷分离法不适合现用。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 吸附应用背景及前景 2
1.2 分离方法及π络合吸附剂 2
1.2.1 传统分离方法 2
1.2.2 π络合吸附分离 4
1.3 Cu(I)和Ag(I)配合物的应用 8
1.4 本课题的选题依据和意义 13
第二章 实验部分 14
2.1 试剂与仪器 14
2.1.1 试剂 14
2.1.2 仪器 14
2.2 前驱物[Cu(CH3CN)4][BF4]的合成 14
2.3 [CuII2(O2CCH3)(OH)(OH2)(phen)2][BF4]?H2O的合成 15
2.4 [CuI2(bipy)2(OH2)2][BF4]2的合成 15
2.5 性能测试 16
第三章 结果与讨论 17
3.1 晶体结构 17
3.2 吸附分离乙烯/乙烷的性能研究 20
第四章 结语与展望 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1 吸附应用背景及前景
石油化工行业是推动世界经济发展的支柱产业之一，而乙烯作为石油化工的首要产品，现在由乙烯生产的石油化工产品已高达近75 %。所以乙烯工业在我国国民经济中有着举足轻重的地位，它的发展推动了世界石油化工的发展，进而使我国成为全球仅仅次于美国的乙烯生产第二大国。随着迅速增大的能源需求量与逐渐减少的能源，如何寻求更多乙烯生产途径成为世界关注的热点。改善对含有乙烯等有机气体排放的回收利用时的设备、方法，是节约成本、扩大乙烯生产量的重要途径，更可以保护环境。除了传统深冷分离法外，由于变压吸附分离法节约能耗、便于操作，成本费用低等特点受到广大研究者的关注。
即使我国的乙烯产量在不断增加，但还是供不应求。随着炼厂FCC（催化裂化）生产装置的增加以及生产规模的扩大，FCC干气产量也不断增加。FCC干气中主要成分为氢气（25%40%）与乙烯（10%20%），另外延迟焦化干气（主要成分为甲烷与乙烷）、热裂化干气中也都含有一定的乙烯。这些含有轻烃、氢气、乙烯的干气虽有较高的利用价值，但目前国内炼厂都是将其作为燃料气，这种处理方式是极大的资源浪费，还会造成大气环境污染，处理废气的成本也会随之升高。现人类正在寻求一种更优的可以将干气中乙烯回收利用的方法。
烷烯烃的分离在石油化工中占有重要地位。在化工过程中吸附分离技术是一种历史短暂但十分新颖重要的分离方法[13]。传统分离过程（以精馏为例）与之相比，吸附分离过程的优势不仅仅是分离纯度高，更重要的是能耗低、设备简单、易于实现自动化等。因此，虽然其在工业中应用时间较短，但发展较快，在许多化工过程中作为一个独立的单元操作应用，体现了其优越的节能效果和发展前景。
经典理论认为：分子是保持物质性质的最小单位。化学反应是在以原子和分子为基本单元的水平上进行的，便可知化学是在原子和分子的基础上研究物质及其相互转化的学科。化学反应经过再次排列组合原子与分子这些微粒来生成新的物质。利用共价键使原子依次紧凑地连接，来生成有着一定的元素原子组成、键和方式和空间构型的分子。与热力学稳定的原子集合区别之处在于，这些新的分子一旦生成，分子与分子之间就有着相互作用，有了这种相互作用，分子之间的空间结构就会随之改变。结构决定性质，因此物质的性质也会随之改变。但是依照另外一个层面来看，分子的空间结构并不能直接决定物质的性质，聚集状态才是决定因素。这种相互作用使分子与分子大量地聚集连接在一起形成可以被使用的材料。经过大量的实验验证，研究人员得出结论：结构决定性质，由于分子间相互作用力的存在，对物质性能（如物质的熔沸点、表面吸附和溶解性等）有着很大的影响。
吸附剂对不同的气体组分吸附机理不同，这样就可以将其分为物理吸附和化学吸附。物理吸附：吸附剂利用静电力或分子间作用力(即范德华力)吸引吸附质分子而达到吸附的目的，吸附机理类似于气体的液化和蒸汽的冷凝，所以结合力比较弱，吸附热比较低，吸附过程可逆，吸附速度与解析速度都很快。化学吸附：吸附质与吸附剂表面的原子有化学反应的发生，电子在吸附质和吸附剂之间转移、原子在吸附质和吸附剂之间重排或化学键的破坏与生成等。化学吸附大都具有比较高的选择性，但是它也有劣势，即分子间的结合力很强，由此就给解析带来了困难，化学吸附过程不可逆，所以不能达到变压吸附的条件。
从炼厂FCC干气中吸附分离乙烯是工业发展很好的前景[4]。吸附分离法花费小，反应设备简单，对其设备材料没有特殊要求，成本比较低，因此工业发展前景很好。吸附分离法的核心是吸附剂。吸附剂至少应该具备分离因数大、使用寿命长和吸附容量大的特点才能被称为是性能良好的吸附剂。炼厂FCC干气中丰富的乙烯和氢气有很高的利用价值[5]，由于乙烯和乙烷物理性质相似，一般吸附剂很难将它们分离。乙烯和乙烷能否成功分离开来的关键在于吸附剂的分离因数[69]。现在，研究主要集中在化学络合的吸附剂，Cu能与含双键的物质（如乙烯）得到π 络合物，将Cu负载在合适的载体上，制备出对乙烯具有特定吸附性能的吸附剂，从而达到分离乙烯乙烷的目的。良好的载体有助于组分的分散，从而提高络合吸附剂的吸附性能。现用的改性吸附剂主要是Cu+，通过Cu+与含不饱和双键的乙烯分子形成π 络合，利用化学吸附的方法来分离乙烯乙烷[10]。
1.2 分离方法及π 络合吸附剂
1.2.1 传统分离方法
（1）深冷分离法
深冷分离法是一种提纯裂解乙烯的较为传统的工艺，国外已经成功实现工业化，经济效益显著。裂解气中，由于各烃碳数不同，单双键个数不同所以沸点不同。深冷分离法根据沸点不同，相对挥发度不同，在各种低温条件下通过精馏过程依次进行裂解气各组分的分离提纯。这种分离方法得到的乙烯纯度高。这项工艺分离提纯需要环境设备的温度极低，因此多应用于大型乙烯生产装置。比如：分离甲烷的温度大约是90℃～120℃，温度要求苛刻，能耗高，对于普通的FCC 装置是不理想的。现在我国的炼厂FCC生产装置多为小型装置，反应量小，炼厂不集中，深冷分离法不适合现用。
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