CN211913794U - 一种金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其中进料通道连接有气体泵，第一液体进料泵，第二液体进料泵，其中第一液体进料泵，第二液体进料泵所连接的液体储罐分别装有金属盐溶液和有机配体溶液，第一液体进料泵和第二液体进料泵的连接方式为并联。进料通道的出料口与螺旋反应通道进料口相连，螺旋反应通道置于换热器内部。螺旋反应通道的出料口与后续处理模块的进料口相连，后续处理模块包括有依次相连的过滤装置，洗涤室，烘干器，储存仓。按照本实用新型实现的生产制造，能够实现以金属盐溶液和有机配体溶液为原料，进行液体与液体之间反应的金属有机框架材料的工业化生产。

Description

一种金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道

技术领域

本发明属于金属有机框架材料制备装置领域，特别是涉及一种基于金属有机框架材料反应的温度渐变式螺旋反应通道。

背景技术

金属有机框架材料(Metal-Organic Frameworks，MOFs)，又称多孔配位聚合物(Porous Coordination Polymers，PCPs)，通常指金属离子或金属簇与有机配体通过自组装过程形成具有周期性无限网络结构的晶态材料，其具有丰富的孔隙、均一的孔道以及高比表面积等优点，并且由于是无机有机的杂化体系，兼备了有机高分子和无机化合物两者的特点，金属有机框架材料在磁性、光学、吸附、分离、催化和储氢等诸多领域显示出其独特的物理化学特性，可以看出金属有机框架材料所具有的更好的发展空间和巨大的应用价值。

金属有机框架材料的制备方法中最常见的是溶剂热法，通过将金属盐溶液和有机配体溶液混合加热后得到金属有机框架材料。管式反应器是一种进行液体与液体反应的装置，其具有返混小，容积效率高等特点，对要求转化率较高的反应场合尤为适用。目前还没有将其应用在金属有机框架材料的制备装置领域中。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于金属有机框架材料反应的温度渐变式螺旋反应通道，该装置采用管式反应器的原理来大规模制备金属有机框架材料，提高了反应效率，进而提高了生产效率，并进一步优化成本。

为实现上述目的，按照本实用新型，提供一种基于金属有机框架材料反应的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，包括：依次连通的气体泵，进料模块，反应模块，后续处理模块。其中，

所述气体泵的进气口与储气罐相连，出气口与进料通道进气口相连，所述进料模块包括有第一液体进料泵，第二液体进料泵，所述第一液体进料泵的进料口与第一液体储罐相连，所述第二液体进料泵的进料口与第二液体储罐相连，所述第一液体进料泵与第二液体进料泵的出料口和混合液管道的进料口相连，混合液管道的出料口与进料通道进料口相连，所述反应模块包括有螺旋反应通道，换热器，所述螺旋反应通道的进料口与进料通道的出料口相连，所述螺旋反应通道置于换热器内部。螺旋反应通道出料口与后续处理模块连通。所述后续处理模块依次连通有过滤装置，洗涤室，烘干器，储存仓。

进一步地，所述气体储罐储存的气体为氮气或者其他惰性气体。

进一步地，所述第一液体储罐与第二液体储罐分别储存有金属盐溶液和有机配体溶液。

进一步地，所述螺旋反应通道的样式为圆柱螺旋状，其材质为铜。

进一步地，所述换热器的出料口靠近螺旋反应通道进料口一侧，换热器的出料口靠近螺旋反应通道出料口一侧。

进一步地，所述换热器设有导流板。

进一步地，所述后续处理模块中的装置仅为一种实施方式，没有固定的工艺装置，可针对不同的产物设计不同的流程工序，设置不同的生产装置。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型提出一种基于金属有机框架材料反应的温度渐变式螺旋反应通道，可以适用于以液体原料为基础的金属有机框架材料的规模化生产，实现了持续流动反应，增加了生产制造时间，并进一步提升了产量；本实用新型采用的管式反应，该方法反应效率高，换热器内温度由低到高，实现温度逐渐改变，保证了金属有机框架材料的生产质量。

附图说明

图1为按照本实用新型实现的金属有机框架材料制备装置的整体结构示意图；

图2为按照本实用新型实现的金属有机框架材料制备装置中的进料模块的细节示意图；

图3为按照本实用新型实现的金属有机框架材料制备装置中的反应模块的螺旋反应通道的细节示意图；

图4为按照本实用新型实现的金属有机框架材料制备装置中的反应模块的换热器的细节示意图；

图5为按照本实用新型实现的金属有机框架材料制备装置中后续处理模块的细节示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-1、储气罐，1-2、气体泵，1-3、进料通道，1-4、进料模块，1-5、反应模块，1-6、后续处理模块。

2-1、第一液体储存罐，2-2、第一液体进料泵，2-3、第二液体储存罐，2-4、第二液体储存罐，2-5、混合液管道。

3-1、热介质出料口，3-2、热介质进料口，3-3、螺旋反应通道，3-4、换热器，3-5、导流板。

4-1、过滤装置，4-2、洗涤室，4-3、烘干器，4-4，储存仓。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型首先本实用新型提出一种基于金属有机框架材料反应的温度渐变式螺旋反应通道，该装置包括如下部分，如图1所示；

由储气罐1-1，气体泵1-2，进料通道1-3，进料模块1-4，反应模块1-5，后续处理模块1-6组成。

其中，储气罐1-1的出气口与空气泵1-2的进气口连通，空气泵1-2的出气口与进料通道1-3的进气口连通，进料模块1-3的出料口与进料通道1-3的进料口连通，进料通道的出料口与反应模块1-5的进料口连通，反应模块1-5的出料口与后续处理模块1-6的进料口连通。

进一步地，所述储气罐1的储存气体为氮气或其它惰性气体，通过气体泵 1-2将储存气体以均一速率输送至进料通道1-3中，气体与后续加入的金属盐溶液和有机配体溶液的混合液混合，使后者混合液中的两种溶液中的溶质混合均匀。

其中，如图2所示的进料模块示意图，进料模块1-2的第一液体储罐2-1 的出料口与第一液体进料泵2-2的进料口连通，第二液体储罐2-3的出料口与第二液体进料泵2-4的进料口连通，所述第一液体进料泵2-2的进料口与第二液体进料泵2-4的进料口为并联式，均与混合液管道2-5的进料口相连。所述第一液体进料泵2-2与第二液体进料泵2-4同时将按照等比例的溶液的量同时进入到混合液管道内。

进一步地，所述第一液体储罐2-1与第二液体储罐2-3分别储存有金属盐溶液和有机配体溶液。

如图3，图4所示的反应模块1-5示意图，进料通道1-3的出料口与螺旋反应通道3-3的进料口连通，螺旋反应通道3-3置于换热器3-4中，所述换热器 3-4的热介质进料口3-2位于换热器3-4底部靠向螺旋反应通道出料口一侧，所述换热器3-4的出料口3-1位于换热器3-4底部靠向螺旋反应通道进料口一侧。

进一步地，所述螺旋反应通道3-3的样式为圆柱螺旋状，增加了管道与热介质的接触面积。

进一步地，所述螺旋反应通道3-3的材质为铜，铜的导热性能良好，且价格低廉，适用于规模化生产。

进一步地，所述螺旋反应通道3-3中，进料通道1-3不断地对进料，气液混合物料在螺旋反应通道3-3中持续流动反应。

进一步地，所述换热器3-4设有导流板3-5，导流板3-5的两侧贴于换热器 3-4的两侧内壁，导流板3-5的固定边贴于换热器3-4的内壁顶部或底部。所述导流板3-5上设置有开孔，使螺旋反应通道3-3从开孔处穿过去。所述导流板 3-5使热介质在换热器3-4内部进行弯折流动，增加了热介质与螺旋反应通道3-3 的换热面积，进一步增加反应效率。

进一步地，热介质在换热器3-4内经过与反应混合物换热后，热介质出料口 3-1的热介质温度低于热介质进料口3-2的热介质温度。则螺旋反应通道3-3中的混合物一开始所受的温度较低，在逐渐沿螺旋反应通道3-3走向流动时，温度逐渐升高，在达到螺旋反应通道出料口时，即热介质进料口3-2处，此时混合物所受到的温度最高，这一过程实现了温度的渐变控制。

如图5所示的后续处理模块1-6示意图，过滤装置4-1的进料口与螺旋反应通道3-3的出料口连通，过滤装置4-1的出料口与洗涤室4-2的进料口连通，洗涤室4-2的出料口与烘干器4-3的进料口连通，烘干器4-3的出料口与储存仓 4-4的进料口连通。

进一步地，所述过滤装置4-1，洗涤室4-2，烘干器4-3的出料产物均是固体物质，因此连通方式为履带输送。

进一步地，所述后续处理模块1-6没有固定的工艺装置，可针对不同的产物设计不同的流程工序，设置不同的生产装置。

其中，如图1中示意，按照本实用新型执行金属有机框架材料的制备方法如下：

(1)气体泵1-2将储气罐1-1中的氮气输送至进料通道1-3中。

(2)第一液体进料泵2-2与第二液体进料泵2-4分别将第一液体储罐2-1 与第二液体储罐2-3中的金属盐溶液和有机配体溶液输送至混合液管道2-5，混合液管道2-5的出料口与进料通道1-3的进料口相连，金属盐溶液和有机配体溶液的混合液进入到进料通道1-3，并与由气体泵1-2输送的氮气或惰性气体混合均匀。

(3)气液混合物料进入螺旋反应通道3-3，热介质从换热器3-4的热介质进料口3-2进入，并在导流板3-5的作用下进行弯折流动，在与螺旋反应通道 3-3充分接触后，从换热器3-4的热介质出料口3-1出去。同时，气液混合物料在螺旋反应通道3-3中进行了充分的反应，得到了所需的金属有机框架材料产物。

(4)得到的含有MOF材料的混合物料从螺旋反应通道3-5的出料口进入到后续处理模块1-6，本实施方式中的后续处理模块1-6包括有过滤装置4-1，洗涤室4-2，烘干器4-3，储存仓4-4，混合物料进入到过滤装置4-1后，除去物料中的液相和气相物质，得到固相的MOF材料，固体的金属有机框架材料进入到洗涤室4-2中洗去材料上附着的液相物质，洗涤完后的产物进入到烘干器4-3 中烘干得到纯净的固体金属有机框架材料，并最终进入到储存仓4-4中储存。

值得注意的是，本实用新型中的后续处理模块1-6中的装置仅为实施常规的金属有机框架材料的后处理工艺的装置，可针对不同的产物设计不同的流程工序，设置不同的后续处理工艺装置。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，包括：依次连通的气体泵(1-2)，进料模块(1-4)，反应模块(1-5)，后续处理模块(1-6)；其中，

所述气体泵(1-2)的进气口与储气罐(1-1)相连，出气口与进料通道(1-3)进气口相连，所述进料模块(1-4)的出料口与进料通道(1-3)进料口相连，进料通道(1-3)的出料口与反应模块(1-5)的进料口相连，反应模块(1-5)的出料口与后续处理模块(1-6)的进料口相连。

2.如权利要求1所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，所述进料模块(1-4)包括有第一液体进料泵(2-2)，第二液体进料泵(2-4)，混合液管道(2-5)；所述第一液体进料泵(2-2)的进料口与第一液体储罐(2-1)相连，所述第二液体进料泵(2-4)的进料口与第二液体储罐(2-3)相连，所述第一液体进料泵(2-2)与第二液体进料泵(2-4)的出料口和混合液管道(2-5)的进料口相连，混合液管道(2-5)的出料口与进料通道(1-3)进料口相连。

3.如权利要求1所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，所述反应模块(1-5)包括有螺旋反应通道(3-3)，换热器(3-4)，所述螺旋反应通道的进料口与进料通道(1-3)的出料口相连，所述螺旋反应通道置于换热器内部，螺旋反应通道出料口与后续处理模块连通。

4.如权利要求1所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，所述进料通道(1-3)和螺旋反应通道(3-3)连通，所述进料通道(1-3)持续向螺旋反应通道(3-3)进料，所述螺旋反应通道(3-3)中的反应物也在持续进行流动反应。

5.如权利要求1所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，后续处理模块(1-6)依次连通有过滤装置(4-1)，洗涤室(4-2)，烘干器(4-3)，储存仓(4-4)。

6.如权利要求2所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，所述储气罐(1-1)储存的气体为惰性气体，所述第一液体储罐(2-1)与第二液体储罐(2-3)分别储存有金属盐溶液和有机配体溶液。

7.如权利要求1所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，所述螺旋反应通道(3-3)的样式为圆柱螺旋状，其材质为铜。

8.如权利要求3所述的金属有机框架材料的温度渐变式螺旋反应通道，其特征在于，所述换热器(3-4)的出料口靠近螺旋反应通道(3-3)进料口一侧，换热器(3-4)的出料口靠近螺旋反应通道(3-3)出料口一侧，所述换热器设有导流板(3-5)。

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