硫醇/硫醚功能化多孔有机聚合物的制备及其吸附污染物研究

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多孔有机聚合物(Porous Organic Polymers,POPs)是一类新型功能材料,因具有超大的比表面积,良好的物理化学稳定性,独特的孔隙结构以及易于功能化等众多优点,而备受人们关注,被广泛地应用于气体存储、分离、多相催化及吸附等多个领域。本论文制备了两类功能化POPs,并用于有机污染物和汞离子的同时吸附。具体研究内容如下:首先,以1,3,5-三(4-溴苯基)苯与1,3,5-三乙炔苯为原料,通过Sonogashira偶联反应生成网状多孔芳香框架聚合物(PAF),再利用多聚甲醛与HCl等试剂实现聚合物骨架的氯甲基化,最后以NaHS和NaSCH3为试剂对氯甲基化聚合物实现-SH和-SCH3功能化,制得硫醇/硫醚功能化的PAFs(PAF-SH和PAF-SMe);利用红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)、热重分析(Thermogravimetric Analysis,TGA)、扫描电镜(Scanning electron microscopy,SEM)、X-射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、氮吸附-脱附(Nitrogen adsorption-desorption)及元素分析等对其结构及成分进行了表征。研究了两种吸附剂对芳香类有机污染物(甲苯、间二甲苯)及汞(II)离子的吸附性能。结果表明,两种吸附剂对三种污染物均表现出高吸附容量和快速吸附动力学,PAF-SMe对甲苯(c0=640μg/mL)、间二甲苯(c0=480μg/mL)与汞(II)离子(c0=800μg/mL)的吸附量分别为591、425和144 mg/g,PAF-SH对三种污染物的吸附量分别为586、408和183 mg/g,两种吸附剂吸附甲苯、间二甲苯和汞(II)的饱和时间分别为5、1和30 min,通过Langmuir等温吸附模型计算得到PAF-SMe对甲苯、间二甲苯和汞(II)的最大吸附量Qmax分别为159.5mg/g、370.4 mg/g和145.3 mg/g,PAF-SH对甲苯、间二甲苯和汞(II)的最大吸附量Qmax分别为205.3 mg/g、294.1 mg/g和191.2 mg/g。而且,两种吸附剂可同时高效吸附模拟污水中的三种污染物,吸附率均大于90%。其次,先合成了一种新型单体1,3,5-三(4-氨基联苯基)苯(TABPB),并利用FT-IR、1H NMR,13C NMR和高分辨质谱进行了表征;然后,以TABPB与2,5-二乙烯基对苯二甲醛为单体通过席夫碱反应制备了共价有机框架(COF)中间体COF-V,再以1,2-乙二硫醇为试剂,在引发剂偶氮二异丁氰存在下通过硫代烯反应得到巯基化COF(COF-S-SH),并利用FT-IR、TGA、SEM、XRD、氮吸附-脱附、固体核磁碳谱、EDX能谱以及元素分析等手段对其进行了表征。研究了COF-S-SH对芳香类有机污染物苯、甲苯、乙苯和间二甲苯(BTEX)及汞(II)离子的吸附性能。结果表明,COF-S-SH对污染物均表现出良好的吸附能力,对苯的吸附量为85 mg/g(c0=160μg/mL),对甲苯的吸附量为137 mg/g(c0=160μg/mL),对乙苯的吸附量为129 mg/g(c0=160μg/mL),对间二甲苯的吸附量为142 mg/g(c0=160μg/mL),对汞(II)离子的吸附量为502.4 mg/g(c0=800μg/mL),对苯、甲苯、乙苯、间二甲苯和汞(II)离子的吸附饱和时间分别为5、5、4、3及60 min,通过Langmuir等温吸附模型计算得到其对苯、甲苯、乙苯、间二甲苯和汞(II)的最大吸附量Qmax分别为179.9 mg/g、200.8 mg/g、147.5 mg/g、214.1 mg/g和602.4 mg/g。另外,COF-S-SH还表现出良好的同时吸附污染物的能力,对模拟污水中BTEX及汞离子的均有较高的吸附率。
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