新型共轭微孔聚合物的制备及其性能研究

硕士学位论文

摘要...........................................................................................................................................I Abstract..........................................................................................................................................II 第1章绪论.. (1)

1.1前言 (1)

1.2多孔有机聚合物（POPs） (1)

1.2.1共价有机框架聚合物（COFs） (1)

1.2.2固有微孔聚合物（PIMs） (2)

1.2.3超交联聚合物（HCPs） (4)

1.2.4共轭微孔聚合物（CMPs） (6)

1.3共轭微孔聚合物（CMPs）的应用综述 (6)

1.3.1储CO2性能研究 (6)

1.3.2催化性能研究 (7)

1.3.3有机溶剂吸附性能研究 (8)

1.3.4其它性能研究 (9)

1.4本论文的研究目的、意义及主要内容 (10)

1.4.1课题的研究目的和意义 (10)

1.4.2研究内容 (10)

第2章含芳杂环功能化的共轭微孔材料的合成及其性能研究 (12)

2.1引言 (12)

2.2实验部分 (12)

2.2.1实验药品及仪器 (12)

2.2.2表征方法 (13)

2.2.3NCMPs制备 (13)

2.2.4有机溶剂吸附性能测试 (14)

2.3结果与讨论部分 (15)

2.3.1NCMPs的合成路线图 (15)

2.3.2FTIR分析 (16)

新型共轭多孔聚合物的制备及其性能研究

2.3.3固体13C NMR分析 (16)

2.3.4SEM分析 (17)

2.3.5TGA分析 (18)

2.3.6N2吸/脱附等温线分析 (18)

2.3.7水接触角的测试分析 (19)

2.3.8有机溶剂吸附性能测试 (20)

2.4本章小结 (21)

第3章反应溶剂对共轭微孔材料各项性能的影响 (23)

3.1引言 (23)

3.2实验部分 (23)

3.2.1实验药品及仪器 (23)

3.2.2表征方法 (23)

3.2.3NCMPs的制备 (24)

3.2.4碘吸附性能测试 (25)

3.3结果与讨论部分 (25)

3.3.1元素分析 (25)

3.3.2FTIR分析 (26)

3.3.3SEM分析 (26)

3.3.4TGA分析 (27)

3.3.5N2吸/脱附等温线分析 (28)

3.3.6碘吸附性能测试 (28)

3.4本章小结 (29)

第4章中空管形共轭微孔材料的制备及其性能研究 (31)

4.1前言 (31)

4.2实验部分 (31)

4.2.1实验药品及仪器 (31)

4.2.2NCMPs的制备 (32)

4.2.3表征方法 (33)

4.2.4重金属离子吸附性能测试 (33)

4.3结果与讨论部分 (35)

4.3.1元素分析 (35)

4.3.2FTIR分析 (36)

4.3.3TGA分析 (36)

4.3.4SEM及TEM分析 (37)

4.3.5N2吸/脱附等温线分析 (38)

4.3.6CO2性能测试分析 (39)

4.3.7重金属离子吸附性能测试分析 (39)

4.4本章小结 (41)

结论 (43)

参考文献 (46)

致谢 (58)

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录 (59)

摘要

新型共轭微孔材料近年来引起国际科研人员的密切关注，不少科研人员投身于共轭微孔材料的开发研究，发现在吸附、储能、水处理、储气、催化等领域存在潜在应用价值。本文以1,3,5-三乙炔苯、2-氨基-3,5-二溴吡啶、3-氨基-2,6-二溴吡啶和1,4-二乙炔苯为单体，在金属催化剂参与下，通过单体结构调整、溶剂调节及比例调节研发出11种新型共轭微孔聚合物，并进行一系列有机物吸附、气态碘吸附、CO2吸附、重金属离子吸附等试验。

针对新合成的11种新材料，我们借助元素分析仪、13C核磁共振波谱仪（NMR）和傅立叶-红外光谱扫描仪（FTIR）三种仪器确立了材料的元素组成、化学结构以及含有的官能团，组成它们的基本元素是C、H、N等轻质元素，大量苯环、吡啶环通过碳碳三键等相互偶联交替形成网络结构；利用扫描电子显微镜（SEM）以及透射电子显微镜（TEM）研究发现了特殊中空管状、球状等形貌的聚合物；采用热重分析仪（TGA）发现这11种新材料热分解温度基本都在300℃以上，拥有良好的热稳定性而且发现它们均不溶于常见溶剂，化学稳定性良好；在真空120℃下通过N2吸脱附分别测得它们的BET比表面积、孔体积等，发现通过单体比例的改变可以很好调控孔性能，进一步纯化管状，其中BET比表面积最高达到760m2g-1，总的孔体积最高为1.35cm3g-1。

我们对前四种材料经静态水接触角测试发现均表现出超疏水性(水接触角均大于150°），另外发现在有机物吸附中，对柴油、泵油等吸附突出。曾有人研究发现含有富电子的体系利于气态碘吸附，考虑到合成的新材料中富含N原子，因此在调溶剂体系里我们对几种材料进行气态碘吸附，黑色固体的NCMP-5最先达到吸附饱和，NCMP-6碘吸附量是几种材料里的最高值（297wt%）；在调比例体系中，由于新合成的几种材料含有亲CO2官能团-NH2，所以在低压下进行CO2测试实验，跟相似比表面积的多孔材料相比，其CO2吸附值远高出那些材料，表现出优异的储CO2性能；另外它们在重金属离子吸附实验中，由于材料中所含的N原子加强了与重金属离子的结合力，尤其NCMP-11是对Ni（II）吸附量高达643.2mg g-1，NCMP-10对Zn（II）吸附量最低66.91mg g-1。

总之，这11种新型共轭微孔材料在有机溶剂吸附、气态碘吸附、重金属吸附、储CO2等方面存在一定的优越性能，而且跟大多数无定型CMPs相比，其特殊形貌易于加工成型，拓宽了新型共轭微孔材料的应用范围。

关键词：共轭微孔材料；功能化；管状；吸附；