【摘 要】
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先进分离材料的研究对环境友好及节能环保具有十分重要的意义。迄今为止,已有多种分离材料被开发和应用,诸如活性炭、沸石分子筛、金属有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)以及多孔有机聚合物(POPs)。传统分离材料在结构沸点相近的化合物分离中,表现出的选择性有待提升,此外,活性炭的再利用需要高温活化处理,消耗大量的能源。本文中,大环棱柱[5]芳烃作为新型无孔自适应晶体(NACs),具备一个富电子
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先进分离材料的研究对环境友好及节能环保具有十分重要的意义。迄今为止,已有多种分离材料被开发和应用,诸如活性炭、沸石分子筛、金属有机框架(MOFs)、共价有机框架(COFs)以及多孔有机聚合物(POPs)。传统分离材料在结构沸点相近的化合物分离中,表现出的选择性有待提升,此外,活性炭的再利用需要高温活化处理,消耗大量的能源。本文中,大环棱柱[5]芳烃作为新型无孔自适应晶体(NACs),具备一个富电子腔和大环晶体结构,通过主客体相互作用对特定的客体进行吸附,且吸附量优于传统的活性炭、分子筛等分离材料,并且可以低温真空加热活化再利用,因此,其在吸附分离领域有潜在的应用价值。在第一部分工作中,我们采用一步缩合法制备出棱柱[5]芳烃NP5OCH3,并对其进行了核磁共振氢谱,热损失分析,77 K下氮气吸附测试等一系列表征,确定其比表面积和孔径分布分别为11.3 m~2/g和0.09cm~3/g,最后得出棱柱[5]芳烃NP5OCH3符合无孔自适应晶体低比表面积,低孔隙率的特征。温度高于400℃时,大环的骨架结构遭到破坏,NP5OCH3表现出良好的热稳定性。在第二部分工作中,在混有芳香族挥发有机污染物(VOCs)的环境空气中,客体诱导的晶相转变赋予NP5OCH3对不同芳香族VOCs分子的高捕获能力。吸附实验表明,NP5OCH3对甲苯的吸附量可达681 mg/g。除捕获能力外,大环通过晶间吸附与苯系VOCs分子进行络合,会导致初始大环荧光增强,可用于芳香族VOCs的检测,且在真空加热下可回收利用。单晶衍射和密度泛函理论计算证明了客体与大环之间存在多种非共价键相互作用(C-H···π,C-H···O)。基于客体诱导晶相转变机制的结晶固体大环NP5OCH3为开发新的吸附剂以捕获和监测有害空气污染物提供新思路。在第三部分工作中,棱柱[5]芳烃NP5OCH3可以在75℃大气压力下对碘蒸汽进行捕获,吸附量高达1.77 g/g,优于部分碘蒸汽吸附剂。另一方面,NP5OCH3可以在水溶液中直接捕获碘分子,其吸附效率可高达86%。吸附碘后的NP5OCH3可以通过己烷洗涤以脱去碘元素,以便重复利用。此外,大环吸附碘蒸汽后出现明显荧光淬灭现象,可应用于碘蒸汽的检测。
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