基于芳香螺環(huán)的有機(jī)微孔聚合物制備與吸附性能研究.pdf

1、礦物燃料的大量使用對環(huán)境的影響越來越嚴(yán)重，威脅了人類的可持續(xù)發(fā)展，利用像氫氣一樣的清潔能源，捕集二氧化碳及一些有機(jī)有害分子，對滿足能源和環(huán)境的要求有著重要的意義。近半個世紀(jì)以來，全球都在致力于探究安全高效儲存氫氣、捕集二氧化碳的合適材料。有機(jī)多孔聚合物是一類具有較大比表面積、不同孔徑分布的低骨架密度的新型多孔材料，具有孔徑可調(diào)控性、制備方法多樣性、表面可修飾性及高的物理化學(xué)穩(wěn)定性等特點，在能源、環(huán)境、催化及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價

2、值，特別是在氫氣的儲存、二氧化碳的捕集方面的應(yīng)用，在解決能源與環(huán)境方面的問題具有空前的意義。根據(jù)設(shè)計策略和結(jié)構(gòu)特點的不同，將有機(jī)多孔聚合物分為超交聯(lián)聚合物、共軛微孔聚合物、自具微孔聚合物和共價有機(jī)骨架聚合物四大類，不同種類的有機(jī)多孔聚合物在溶解性、形態(tài)、比表面積、孔徑分布等方面各有特點，在氣體儲存、二氧化碳捕集與分離、催化等方面的應(yīng)用性能也有差異。本論文采用具有螺原子的芳香化合物為構(gòu)筑單體，制備了一系列有機(jī)多孔聚合物，并研究了其在氣體吸

3、附和分離方面的應(yīng)用性能。
　　1.采用芳香螺環(huán)化合物2，2'，7，7'-四溴-9，9'-螺呫噸(TBSBX)為構(gòu)筑單體，與4，4'-聯(lián)苯二硼酸，用不含表面活性劑的均相Suzuki交叉偶聯(lián)聚合法制備了未見報道的粒徑大約600 nm的微孔聚合物微球PSBX。其BET比表面積高達(dá)為1020 m2 g-1，主要孔徑集中在0.59 nm。在1.0 bar/77 K條件下，PSBX的氫氣吸附量為1.67 wt％;在1.0 bar/273 K條

4、件下，二氧化碳吸附量為12.0 wt％;室溫飽和蒸氣條件下，PSBX對水蒸氣、甲醇蒸氣吸附質(zhì)量比達(dá)到了1∶15，在實際應(yīng)用中可用來萃取水中的甲醇;室溫飽和蒸氣條件下對甲苯的吸附量為887 mg·g-1，可用于去除工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的芳香小分子。
　　2.以芳香螺環(huán)化合物2，2'，7，7'-四溴螺芴-9，9'-氧雜蒽(TBSFX)為構(gòu)筑單體，與4，4'-聯(lián)苯二硼酸，使用不含表面活性劑的均相Suzuki交叉偶聯(lián)聚合反應(yīng)制備了未見報道的粒徑

5、大約為200-300 nm的微孔聚合物微球PSFX。PSFX的BET比表面積為610 m2·g-1，主要孔徑集中在0.61 nm。在1.0 bar/77 K條件下，PSFX的氫氣吸附量為1.20 wt％;在1.0 bar/273 K條件下，二氧化碳吸附量為11.8 wt％，甲烷吸附量為4.16 wt％。聚合物PSBX對二氧化碳和甲烷的吸附相對于氮氣均表現(xiàn)出較好的選擇性。在室溫和飽和蒸氣壓下對甲苯吸附量達(dá)到887 mg·g-1，對水蒸氣吸

6、附量為46mg·g-1，表明此材料具有較強(qiáng)的疏水性，可用來除去環(huán)境中的有機(jī)芳香化合物。此外，PSFX展現(xiàn)出顯著的熒光特性，可在熒光滴定法中作為探針檢測炸藥（如TNT）的含量。
　　3.以芳香螺環(huán)化合物2，2'，7，7'-四溴-9，9'-螺雙芴(TBSBF)為構(gòu)筑單體，1，2，4，5-四氟苯為共聚單體，利用1，2，4，5-四氟苯中高活性的C-H鍵可以直接芳基化的反應(yīng)特性，采用直接芳基化聚合反應(yīng)制備了未見報道的含氟的多孔聚合物FPSB