含氮和含氟有機(jī)多孔聚合物的制備及其氣體吸附性能的研究.pdf

1、現(xiàn)今人們對(duì)環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深入,對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)也越來(lái)越強(qiáng)烈。伴隨著化石燃料的大量使用生成大量有毒氣體和粉塵,威脅著人類的健康,同時(shí)二氧化碳等溫室氣體的大量排放影響了全球的氣候,成為人類健康可持續(xù)發(fā)展的嚴(yán)重威脅。因此,開(kāi)發(fā)利用新型可再生的清潔能源,減少大氣中的溫室氣體及其他有毒害物質(zhì)的含量成為人類亟需解決的問(wèn)題。因此,眾多科研工作者致力于二氧化碳捕捉和分離以及氫能貯存材料的研究。有機(jī)多孔聚合物是一類由C、H、O、N、B等輕質(zhì)元素通過(guò)共

2、價(jià)鍵連接而成的具有較大比表面積和大量微孔的有機(jī)多孔材料。此類材料具有制備方法多樣性、孔徑可調(diào)控性、表面可修飾性及高化學(xué)和物理穩(wěn)定性等特點(diǎn)。這些優(yōu)異的特點(diǎn)使其表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用價(jià)值,尤其集中在能源、環(huán)境及催化領(lǐng)域,包括氫氣的貯存、二氧化碳的捕集與分離、甲烷的貯存及有機(jī)分子污染物的吸附等。本文制備了多種有機(jī)多孔聚合物,并研究了其在氣體吸附和分離方面的應(yīng)用性能。
　　1、利用咔唑基氧化聚合的方法制備了三種分別以[2.2]對(duì)環(huán)芳烷、三苯基苯

3、和四苯乙烯為核心分子的氮原子摻雜的有機(jī)多孔聚合物,并研究了其多孔性質(zhì)和氣體吸附性能。三種2D或3D剛性核心分子的引入使得到的材料有較好的多孔性質(zhì)和氣體吸附性能。其中,以四苯乙烯為核心分子制備的聚咔唑類有機(jī)多孔聚合物CPOP-7表現(xiàn)最為突出,其BET比表面積達(dá)到了1430 m2 g?1,氫氣吸附量達(dá)到1.51 wt.％(77K,1.0 bar),二氧化碳吸附量達(dá)到13.2 wt.%(273K,1.0 bar),甲烷吸附量達(dá)到5.0 wt.

4、%(273K,1.0 bar)。在現(xiàn)今已報(bào)道的有機(jī)多孔聚合物中處于較高水平。同時(shí)三種聚合物對(duì)二氧化碳和甲烷的吸附相對(duì)于氮?dú)饩憩F(xiàn)出較好的選擇性。
　　2、為了更充分的利用咔唑基氧化聚合反應(yīng)在制備有機(jī)多孔聚合物方面的應(yīng)用,合成了含有連續(xù)苯環(huán)個(gè)數(shù)的四咔唑基取代的建筑塊代分子制備出了三種聚咔唑類有機(jī)多孔聚合物,研究了建筑塊分子的長(zhǎng)度對(duì)聚合物的孔徑分布等孔性質(zhì)及氣體吸附性能的影響。結(jié)果顯示隨著苯環(huán)個(gè)數(shù)的增加,聚合物的孔徑分布及比表面積并沒(méi)

5、表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。n=1時(shí)所得聚咔唑類有機(jī)多孔聚合物CPOP-9擁有最高的BET比表面積和最大的孔容,其BET比表面積達(dá)到2440 m2 g?1,且其孔徑分布較廣,除去大量微孔外還含有較明顯的介孔。同時(shí),CPOP-9也表現(xiàn)出最佳的氣體吸附性能,氫氣吸附量達(dá)到2.4 wt%(77 K,1 bar),二氧化碳吸附量達(dá)到18.2 wt%(273 K,1 bar),甲烷吸附量達(dá)到6.4 wt%(273 K,1 bar)。并且三種聚合物對(duì)二氧化

6、碳和甲烷的吸附相對(duì)于氮?dú)庖脖憩F(xiàn)出較好的選擇性。
　　3、首次利用 C?H直接芳基化反應(yīng)成功制備了性能優(yōu)良的有機(jī)多孔聚合物。通過(guò)1,2,4,5-四氟苯與多鹵代芳烴的直接芳基化反應(yīng)制備了分別以三苯基苯和四苯甲烷為核心的多氟有機(jī)微孔聚合物FPOP-1和FPOP-2,兩者BET比表面積都達(dá)到1000 m2 g?1以上。FPOPs的氣體吸附和分離性能表現(xiàn)一般,FPOP-1和FPOP-2的氫氣吸附重量百分比分別為1.05 wt.%和1.16