以硅氧烷为基础的多孔有机聚合物的设计合成及功能化

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超交联多孔聚合物(HCPs)作为多孔有机聚合物(POPs)中的重要类别,其制备是通过Friedel-Crafts烷基化反应将刚性单体分子在外加交联剂的作用下编织交联形成孔隙丰富的多孔拓扑聚合物。近几十年来,HCPs因其优异的物理化学耐受性、高的比表面积和稳定的孔隙结构在气体吸附与储存、药物输送、异相催化和有机污染物处理等领域广受关注。苯基硅氧烷化合物(PSC)是一类含有Si-O-Si易化学改性结构的刚性构筑模块,因其优异的热稳定性和对化学试剂的耐受性,被广泛应用于橡胶和树脂等材料领域。而其刚性结构间的可调控Si-O-Si结构单元使得以PSC为基础制备的HCPs具有比表面积高、热力学性质稳定、微孔含量丰富等特点。在本论文中,设计合成了三种不同尺寸的苯基硅氧烷化合物,并以此为基础合成了一系列新型硅氧烷基HCPs。首先,利用制得的硅氧烷化合物和合适的交联剂(如二甲氧基甲烷、三聚氯氰等)通过Friedel-Crafts反应合成了一系列硅氧烷基HCPs材料。所合成的硅氧烷单体在分子链长度和结构上有较大区别,这些区别在HCPs材料中得以体现。通过研究不同苯基硅氧烷单体形成的HCPs材料在立体构型、比表面积、孔尺寸等方面的区别,来探索苯基硅氧烷的结构与HCPs材料结构之间的内在关系。其次,选择合适的碱处理剂,打断HCPs材料中的Si-O-Si键,除去结构中不含苯基未发生交联的-O-Si(CH32-O-部分,对硅氧烷基HCPs材料的孔结构进行进一步调整。探索碱处理后,不同交联比例和交联剂刚性对处理后HCPs材料孔结构的影响。随后,进一步的酸处理在聚合物结构中形成了具有Si-OH基团的新型多孔聚合物,这些官能团的存在为HCPs材料的功能化提供了可能性。利用Si-OH基团与具有不同官能团的硅烷偶联剂反应,将特定的功能化基团引入到含硅HCPs材料中,对其实现功能化。最后,利用HCPs材料丰富的孔性质,将其应用于污水处理、重金属离子捕获和手性分离等领域。同时,探索了硅氧烷基HCPs材料孔径尺寸对有机染料分子吸附的规律和对其吸附量的影响。总之,本论文对硅氧烷基HCPs孔径调控和功能化改性的系统性研究,为HCPs的功能化和应用提供了新的策略。
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