【摘 要】
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多孔芳香骨架材料(PAFs)是一类重要的有机多孔材料,具有可设计的结构和孔道性能,并且PAFs材料中的碳-碳键保证了材料良好的酸、碱及热稳定性和功能可修饰性。当前PAFs材料已经应用在吸附、分离、催化等领域。由于PAFs的结构特性和可设计性,它们能够作为吸附材料吸附水中污染物。在吸附过程中,除了吸附剂的比表面积,其孔道性质也对吸附性能具有重要影响,比如阳离子官能团可以对阴离子基团或极性化合物产生较
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多孔芳香骨架材料(PAFs)是一类重要的有机多孔材料,具有可设计的结构和孔道性能,并且PAFs材料中的碳-碳键保证了材料良好的酸、碱及热稳定性和功能可修饰性。当前PAFs材料已经应用在吸附、分离、催化等领域。由于PAFs的结构特性和可设计性,它们能够作为吸附材料吸附水中污染物。在吸附过程中,除了吸附剂的比表面积,其孔道性质也对吸附性能具有重要影响,比如阳离子官能团可以对阴离子基团或极性化合物产生较强的吸附作用。本工作面向水中阴离子污染物的吸附需求,开展阳离子多孔芳香骨架材料的合成研究,并研究其吸附行为。四溴四苯甲烷是合成PAF-1的构筑基元,PAF-1比表面积较高,但是内部缺少吸附位点。咪唑盐功能化的四溴四苯甲烷是合成阳离子型i PAF-1的构筑基元,提供了活性位点,但此单体的合成步骤复杂。为了合成高比表面积且具有较多活性位点的骨架材料,我们对四溴四苯甲烷和咪唑盐功能化的四溴四苯甲烷进行比例调控。通过调节单体比例,我们获得了五种PAFs材料,即四溴四苯甲烷和咪唑盐功能化的四溴四苯甲烷摩尔比为7:3、1:1和3:7时获得的i PAF-1-30%、i PAF-1-50%和i PAF-1-70%,以及PAF-1和i PAF-1。通过改变合成时两种单体的比例实现了对材料比表面积和活性位点数目的调控,并将以上PAFs材料用于重铬酸根(Cr2O72-)的吸附研究。基于吸附等温实验,得知i PAF-1具有最高的重铬酸根吸附量。该结果表面活性位点越多,吸附量越大。动力学实验表明i PAF-1-30%具有更快的吸附速率。在本实验中,活性位点数目影响吸附量,比表面积影响吸附速率,因此可以根据实际需求进行材料性能的调控。上一个研究工作证明离子型多孔芳香骨架对Cr2O72-具有较好的吸附性能,但是其合成过程较为复杂。针对这一问题,我们开展了离子型多孔芳香骨架简便合成方法的探索,通过醛胺缩合反应,将两种带有氨基的结构单元和乙二醛结构单元缩合,制备了两种基于咪唑盐的阳离子型多孔芳香骨架(PAF-145和PAF-146)。该合成方法是在非离子型单体的聚合中引入咪唑离子基团,简便易行,不需要复杂单体的合成、苛刻的反应条件和贵金属催化剂,成本较低。对甲基橙和刚果红阴离子染料进行了吸附等温和吸附动力学测试,PAF-145和PAF-146对不同分子量的甲基橙和刚果红染料都有很好的吸附效果。在本论文中我们致力于开展阳离子型多孔芳香骨架的合成研究。通过不同的合成方法获得了一系列离子型多孔芳香骨架,这类材料具有吸附活性位点以及较高的比表面积。探索了离子型芳香骨架的简便合成方法,合成的离子型多孔材料对阴离子污染物表现出较强的吸附能力。
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