含异三聚氰酸酯环骨架结构多孔聚合物的合成与性能研究

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有机多孔聚合物(POPs),主要由C、H、O、N等轻元素构成,其骨架密度轻,构筑单体类型多,合成方法多样,具有比表面积高和特别的孔结构等,使其在气体的储存和分离、负载催化剂、光电等方面有着广泛应用,已成为多孔材料的研究热点。本论文工作选用4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)三聚体分别与对苯二胺、4,4’-二氨基二苯醚(ODA)和三聚氰胺三种不同活性单体反应合成出全有机骨架多孔聚合物,利用FTIR、XRD、TG等分析手段对其进行表征,分析了不同多孔有机聚合物的表面积、孔结构以及氢气吸附性能。主要工作分述如下:1、MDI三聚体及多聚体的合成研究:采用溶剂热法在温度为60℃下合成了MDI三聚体和多聚体,采用FTIR手段表征了三聚体和多聚体的结构,并对多聚体的比表面积进行了测试。2、二苯胺-异三聚氰酸酯环POPs的合成与性能研究:以对苯二胺为第二单体在溶剂热反应条件下合成了以异三聚氰酸酯环为主要结构的POPs。对POPs的结构、热稳定性利用FTIR、XRD、TG分析手段进行了表征,结果表明合成的POPs为热稳定性好,完全无定型结构的聚合物。BET比表面积测试结果表明最佳合成条件下所合成的聚合物的比表面积为117m2g-1,聚合物在77K/1bar、77K/4.7MPa、298K/4.7MPa条件下对氢气吸附量分别为0.02wt%、1.7wt%、0.96wt%。3、二氨基苯醚-异三聚氰酸酯环POPs的合成与性能研究:以ODA为第二单体在溶剂热反应条件下合成了苯醚-异三聚氰酸酯环POPs。利用FTIR、XRD、TG分析手段对POPs进行了表征,对聚合物的比表面积进行了测试,结果显示,所合成的聚合物呈现无定型结构,热稳定性良好,在最佳合成条件下合成的聚合物的BET比表面积为53m2g-1。4、三嗪基-异三聚氰酸酯环POPs的合成与性能研究:以三聚氰胺为第二单体于溶剂热条件下合成了含有三嗪基和异三聚氰酸酯环的POPs。分析结果表明合成的是无定型结构,热稳定性较好的聚合物,不同反应条件下合成的POPs的比表面积大小范围为150-250 m2g-1,孔径分布较宽,77K/1bar、77K/1.5MPa条件下对氢气的吸附量最大分别为0.18wt%、2.7wt%,298K/4.9MPa条件下对氢气的吸附量为1.45wt%。论文拓宽了合成有机多孔聚合物的单体选择范围,并基于MDI三聚体的结构和反应性,在有机多孔聚合物中引入了异氰脲酸酯环结构,对有机多孔聚合物孔结构和储氢性能进行了分析研究,为多孔聚合物在气体储氢方面提供了理论支持。
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