【摘 要】
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微孔有机聚合物作为一类孔径小于2 nm的孔材料,在材料化学和生物医药等领域得到广泛应用。在本课题中,选取含杂原子的芳香单体为研究对象,通过高效低成本的合成策略,制备了一系列含杂原子的微孔有机聚合物和三蝶烯微孔聚合物碳化衍化得到的超孔碳,探究了该系列聚合物在气体吸附分离等领域的应用潜力,主要的研究内容及实验成果如下:(1)以四苯硼钠、三苯胺和二苯硫醚为单体通过傅克烷基化反应制备了七类含杂原子的微孔有
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微孔有机聚合物作为一类孔径小于2 nm的孔材料,在材料化学和生物医药等领域得到广泛应用。在本课题中,选取含杂原子的芳香单体为研究对象,通过高效低成本的合成策略,制备了一系列含杂原子的微孔有机聚合物和三蝶烯微孔聚合物碳化衍化得到的超孔碳,探究了该系列聚合物在气体吸附分离等领域的应用潜力,主要的研究内容及实验成果如下:(1)以四苯硼钠、三苯胺和二苯硫醚为单体通过傅克烷基化反应制备了七类含杂原子的微孔有机聚合物(HCPs-B,HCPs-N,HCPs-S,HCPs-B/N,HCPs-B/S,HCPs-N/S,HCPs-B/N/S),并通过13C(CP/MAS)NMR,FT-IR,XRD,TGA,TEM,SEM等表征手段对其结构、热稳定性及物理形貌进行确认。其中,HCPs-B的比表面积达到717 m2 g-1。(2)由于该系列聚合物较好的比表面积及杂原子掺杂,将其用于二氧化碳气体及碘吸附研究。其中,HCPs-B/N展现了较好的二氧化碳及碘吸附能力,在273 K/1.0bar下,聚合物HCPs-B/N的二氧化碳吸附值为6.41 wt%,75°C饱和碘蒸气环境中,HCPs-B/N的碘吸附量高达217 wt%。同样碘蒸气吸附实验条件下,基于无杂原子三蝶烯的超交联聚合物(THPS)碘蒸气吸附数值仅为180 wt%。虽然THPS的比表面积高于HCPs-N,HCPs-B/N,HCPs-N/S,然而HCPs-N,HCPs-B/N,HCPs-N/S的碘吸附量均高于THPS,说明杂原子在一定程度上能够提高聚合物的碘吸附性能。(3)以三蝶烯为原料的超交联聚合物(THPS)为前体,通过高温碳化的方式得到超孔碳THPS-C,其比表面积高达3125 m2 g-1。在273 K/1 bar条件中,超孔碳THPS-C对二氧化碳的吸附高达22.51 wt%,高于报道的大多数碳材料。碘吸附的结果显示,在75°C饱和碘蒸气环境中,THPS-C能够吸附340 wt%的碘蒸气,吸附量高于已报道的大多数材料,并且具有良好的重复利用性。另外,在有机溶剂和水相中THPS-C表现出了优异的碘吸附能力,在己烷溶液中THPS-C对碘的去除率达到了89%,在水体系中,THPS-C对碘三负离子的最大吸附量高达926 mg g-1,表明超孔碳THPS-C在碘吸附方面有广阔的发展前景。(4)选取比表面积较大和具有负电特性的离子型聚合物HCPs-B,研究了其对生物碱的富集能力。以小檗碱为例,结果显示,由于HCPs-B与小檗碱之间强烈的电荷效应,HCPs-B的小檗碱吸附量达到了180 mg g-1。同时HCPs-B对阳离子有机染料也表现出了优秀的吸附性能。
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