氟锆酸铵在材料化学中的应用

发布日期:2026/1/22 9:09:36

氟锆酸铵（Ammonium hexafluorozirconate，CAS: 16919-31-6）为白色六方正己烷晶体，易溶于水，具有较强的化学稳定性。在高温下会分解，释放出氟化氢气体和其他锆化合物。其外观如图1所示。

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图1. 氟锆酸铵外观

氟锆酸铵是重要的合成原料，在材料化学领域有着广泛的应用。

嵌套笼状间位氮配体锌配合物

乙炔与二氧化碳因沸点、分子及动力学尺寸极为相近，传统吸附材料难以高效分离。金属有机骨架（MOF）材料因其可调的孔道结构和化学环境，在该领域展现出潜力，已有研究通过在MOF中引入六氟酸根基团，利用其与乙炔的氢键作用实现高选择性吸附。然而，现有MOF材料的乙炔吸附分离性能仍有待提升。为此，刘双等人[1]公开了一种嵌套笼状间位氮配体锌配合物及其制备方法和应用，其化学式为[Zn(L)2ZrF6]，其中L为1,3‑二咪唑基苯配体，结构如图2所示。该发明制备工艺简单，成本低，条件温和，且为内外双层嵌套空笼结构，内笼表面及内外笼层间与乙炔有较强的相互作用，能高效的分离乙炔/二氧化碳。

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图2. 配合物在c方向的结构图

配体L的制备及嵌套笼状间位氮配体锌配合物的制备具体方法如下：咪唑(6 .81g ,100mmol)、碳酸钾(4 .84g ,35mmol)和碘化铜(57 .14mg ,0 .3mmol)均匀研磨后装入聚四氟内衬反应器，滴加1 ,3‑二溴苯(2.83g ,12mmol)后氮气吹扫10分钟后装入不锈钢反应釜，紧固，放入烘箱200℃反应24小时。反应结束后，降至室温，用水抽滤洗涤(3*500mL)，除去无机盐及未反应的咪唑；将上述滤渣，二氯甲烷萃取(3*100mL)，加硫酸镁(静置3‑4小时)干燥除去萃取残留的水分，过滤，旋蒸，得到产品产率81％。将12mg Zn(BF4)2· H2O和12mg氟锆酸铵溶于0 .5mL水并滴加于内径6mm× 高150mm的试管底层，再将0.75mL的体积比为3:3:1的N,N‑二甲基甲酰胺/乙醇/水混合物沿管壁缓慢加入试管作为缓冲层，最后将6mg的L配体溶于0.5mL的N ,N‑二甲基甲酰胺溶液后同样缓慢加入试管，从而分为明显的三层；将制备的分层溶液试管加盖，25℃室温放置5天，反应结束后，经过滤，洗涤，干燥，得到嵌套笼状间位氮配体锌配合物，产率87％。

阴离子杂化超微孔材料

工业生产中，丙烯纯度对高质量聚丙烯的合成至关重要，因此除去混合气中的丙烷对丙烯纯化极为重要。而目前41％丙烯消耗仍需通过进口满足；丙烷常用作发动机等的燃料，因此丙烯/丙烷分离具有重要意义。现今丙烯/丙烷分离方式主要为深冷分离和精馏分离，传统精馏法因二者沸点、尺寸极为相似，需超高塔板（>120）、高回流比（>10）及加压制冷，导致能耗与成本高昂。吸附法虽因投资小、操作简被视为前景方向，但现有吸附剂（如Cu-BTC、DD3R分子筛）难以兼具高吸附容量与高选择性。基于上述背景，邢华斌等人[2]采用无机含氟阴离子、金属离子以及有机配体通过配位键构建了含阴离子杂化超微孔材料。通过精准调控阴离子杂化超微孔材料孔径，对丙烯表现出较强作用力，同时通过控制F原子在孔道中旋转程度允许丙烯进入孔结构内，对丙烷作用力较弱吸附量少，实现对丙烯丙烷分离。

以氟锆酸铵为起始原料的超微孔材料合成步骤及丙烯丙烷分离如下：将0 .5mmol Co(BF4)2、1mmol(NH4)2ZrF6和4mmol 2-氰基-吡嗪溶于40ml甲醇和10ml水中，85℃反应72h，所得产品抽滤、洗涤后，100℃抽真空活化8h，得到ZrFSIX-3CN-Co材料。将所得ZrFSIX-3CN-Co材料装入10cm吸附柱，10℃下将丙烯、丙烷(85：15)混合气以0 .5mL/min通入吸附柱，流出气体中可获得高纯度丙烷(大于99 .9％)气体，当丙烯穿透时，停止吸附。吸附柱采用100℃抽真空解吸附，得到丙烯(大于90％)，吸附柱可循环使用。