多孔有机聚合物在CO2吸附及催化转化上的应用

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多孔有机聚合物作为一种新型材料,近年来发展迅速,凭借其优异的化学及热稳定性,合成过程简单,易于功能化等特点,广泛应用于气体吸附,催化,传感器及半导体等领域。本文通过超交联聚合方式分别制备了以三嗪环、卟啉为构筑砌块的多孔有机聚合物,并研究其对CO2的吸附及催化性能。(1)以对苯二腈、间苯二腈、联苯二腈为原料合成了三嗪环结构单体,对二甲氨基苯甲醛和溴庚烷进行季胺化得到的含季铵盐阴阳离子对醛基单体,然后通过超交联聚合方式得到含有季铵盐阴阳离子对的三嗪基多孔有机聚合物。其孔道结构为多级孔结构,比表面积(BET模型)最高达346 m2/g,在298K、1bar条件下CO2吸附量最高为17.69cm3g-1,且对CO2与环氧烷烃环加成反应具有良好的催化性能,在无助催化剂、反应时间48h、反应温度80℃、CO2浓度0.3MPa条件下,反应转化率及选择性均达到99%以上,经过5次循环使用,依然表现出优异的催化性能,同时,对不同环氧烷烃(环氧氯丙烷,氧化苯乙烯)也具备很好的催化性能。(2)分别在卟啉环外侧引入羧基及季铵盐阴阳离子对,以1,4-二甲氧基苯作为交联剂,通过超交联聚合的方式合成了两种分别含有羧基、季铵盐阴阳离子对的多孔有机聚合物,其比表面积(BET模型)分别为302m2g-1(PPOP-I)、514m2g-1(PPOP-COOH)。在298K、1bar条件下对CO2吸附量最高为34.6cm3g-1。PPOP-COOH虽然其具有良好的CO2吸附性能,但作为单组份催化剂时,由于缺乏亲核试剂,仅仅依靠配位金属离子对CO2环加成反应的催化,催化效果较差,在加入助催化剂TBAB后,其催化性能明显上升。PPOP-I作为单组份催化剂时具有很好的催化性能,在反应时间24h、反应温度80℃、CO2浓度0.3MPa条件下达到最好催化效果(反应转化率和选择性均>99%),且具有很好的循环使用能力与适用性。
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