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聚离子液体(Poly(Ionic Liquid)s,PILs)是一类含有离子液体(Ionic Liquids,ILs)重复单元和聚合物骨架的聚电解质,兼具ILs和聚合物的性质,广泛应用于催化、吸附、电化学、分析化学及其他相关领域。丰富的介孔结构可以赋予PILs良好的孔结构(包括高比表面积、高孔容和较大的孔径),使介孔聚离子液体(Mesoporous Poly(Ionic Liquid)s,MPILs)可具有更优异的性能。本研究创新性地将超临界CO2干燥技术应用于新型MPILs的制备,并将所制备的MPILs应用于CO2的吸附与转化、重铬酸根(Cr2O72-)吸附。本论文所涉及的新型MPILs的设计、制备及应用,均符合绿色化学的要求。论文主要研究内容如下:(1)设计、合成一系列含有不同阴离子(BF4-、PF6-和Cl-)的双阳离子季铵盐型ILs单体,并通过自由基聚合反应制备对应的PILs凝胶,再利用超临界CO2干燥技术(SCD)得到一系列结构新颖的季铵盐型MPILs,还利用真空干燥(VD)和常压干燥(AD)手段得到其他具有不同孔结构的PILs。随后,系统研究MPILs阴离子种类和利用不同干燥方法得到的PILs孔结构对其CO2吸附量和CO2环加成反应催化性能的影响,结果表明:SCD技术是制备具有高比表面积、高孔容和丰富介孔结构MPILs的关键所在;阴离子为Cl-且具有丰富的介孔结构和高比表面积的季铵盐型MPILs聚(N,N’-(亚甲基)双(N,N-二甲基-1-(4-乙烯基苯基)甲基氯化铵)(PDBA-CI-SCD)表现出较高的CO2吸附量(1.03 mmol·g-1,273 K,1 atm)和优良的CO2环加成催化活性,可在常压、较低温度、无溶剂、无金属和其他添加剂情况下有效催化CO2与环氧化合物的环加成反应。通过密度泛函理论(Density Functional Thoery,DFT)计算,揭示季铵盐型MPILs催化性能优于相应的咪唑盐型MPILs催化性能的本质原因。所制备的PDBA-CI-SCD具有优异的底物普适性和良好的重复使用性能,具有潜在的工业化应用前景。(2)设计、合成一系列具有不同离子密度(即一分子ILs单体所含离子对数,离子对数分别为6、4、3)的咪唑盐型ILs单体,并通过自由基聚合反应制备对应的PILs凝胶,再利用不同的干燥方法(SCD、VD和AD)得到一系列超交联、高离子密度的PILs。随后,系统研究MPILs离子密度和利用不同干燥方法得到的PILs的孔结构对其CO2吸附量和CO2环加成催化活性的影响,结果表明:1-乙烯基-1H-咪唑与1,2,3,4,5,6-六(溴甲基)苯反应生成的单体聚合并利用超临界CO2干燥所得的介孔聚离子液体PVIm-6-SCD(离子密度最高,离子对数为6)表现出最高的CO2吸附量(3.60 mmol·g-1,273 K,1 atm),远高于已报道MPILs对CO2的吸附量。所制备的PVIm-6-SCD是目前已报道的在无溶剂、无金属、无添加剂、低反应温度的温和条件下实现常压CO2最高效转化的非均相催化剂之一,其原因可归结于PVIm-6-SCD离子密度高、介孔结构丰富、比表面积高且对CO2的吸附量大。所制备的PVIm-6-SCD同样具有优异的底物普适性和良好的重复使用性能,具有潜在的工业化应用前景。此研究结果为常压CO2捕获和转化提供了新的材料设计思路。(3)设计、合成具有不同Br-阴离子含量和交联单元长度的六阳离子咪唑盐型ILs单体,并通过自由基聚合反应制备对应的PILs凝胶,再利用不同的干燥方法(SCD、VD和AD)得到一系列超交联的PILs。随后,系统研究MPILs阴离子含量和PILs 孔结构对其吸附Cr2O72-的吸附动力学、吸附热力学的影响,结果表明:PILs阴离子含量对其Cr2O72-吸附量起决定性作用;具有较高交联单元长度的MPILs(PVBIm-6-SCD)因其所具备的高比表面积、大孔容及丰富的介孔结构等特性,有利于暴露MPILs中的活性位点(Br-),从而加速阴离子交换过程中的传质过程,加快MPILs对Cr2O72-的吸附速率;具有高阴离子含量、高比表面积、大孔容和丰富介孔结构的MPILs(PVIm-6-SCD)表现出很高的Cr2O72-吸附量(628.3 mg·g-1,25℃),是已报道吸附剂对Cr2O72-的最大吸附量的两倍以上,且吸附速率快;在干扰离子(Cl-、Br-、NO3-和SO42-)存在的情况下,PVIm-6-SCD对Cr2O72-表现出很好的选择性。所制备的PVIm-6-SCD具有很好的水、热稳定性和良好的重复使用性能,具有潜在的工业化应用前景。此研究结果为含Cr2O72-废水处理提供了新的材料设计思路。(4)设计、合成具有高阴离子(Cl-)含量的双阳离子咪唑盐型ILs单体N,N’-(亚甲基)双(1-(3-乙烯基咪唑))氯(DVIm-CI),并通过自由基聚合反应制备对应的PILs凝胶,再利用不同的干燥方法(SCD、VD和AD)得到一系列具有不同孔结构的PILs。随后,系统研究PILs孔结构对其吸附Cr2O72-的吸附动力学和吸附热力学的影响,结果表明:所制备的系列PILs均表现出远高于文献报道的吸附剂对Cr2O72-的最大吸附量,其中,经超临界CO2干燥得到的MPILs(PDVIm-CI-SCD)对 Cr2O72 的吸附量高达9 825mg·g-1(25℃),该 MPILs 是迄今为止所报道的所有吸附材料中对Cr2O72-具有最高吸附量的吸附剂;丰富的介孔结构和高比表面积促使PDVIm-CI-SCD对Cr2O72-具有快速的吸附能力;在干扰离子(Cl、Br-、NO3-和SO42-)存在的情况下,PDVIm-CI-SCD对Cr2O72-表现出优异的选择性。所制备的PDVIm-CI-SCD可回收,具有良好的重复使用性能。此研究进一步拓展了 MPILs在含Cr2O72-废水处理中的应用。