咪唑类多孔离子有机网络的制备及其吸附性能研究

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多孔离子有机网络(PIONs)是一种功能化多孔有机聚合物,具有骨架密度低,化学稳定性高,比表面积大,可调节性强且易于功能化等优点。通过调整结构单元和离子基团的种类,可以容易地对PIONs的化学性质,官能团和活性位点进行修饰。多孔离子有机网络由于具有高电荷密度和静电作用,在气体存储、水处理、催化、电化学等领域具有优异性能。本论文的研究工作主要集中在多孔离子有机网络的设计、合成及其在吸附领域的应用。主要包括以下内容:一、合成咪唑基多孔超交联离子有机网络。以2,4,5-三苯基咪唑为单体与外交联剂进行反应,使用不同的外交联剂,通过傅克烷基化反应制备了一系列咪唑基多孔超交联聚合物(HCPs)。孔结构分析表明HCPs均具有较高的比表面积、丰富的微孔性。在CO2和染料吸附方面,为探究离子功能化吸附剂的优势,将非离子化样品与离子化样品相对比。结果表明,离子化样品骨架中含有丰富的咪唑基阳离子,这增加了材料骨架与CO2分子和阴离子染料之间的亲和力,使吸附剂对CO2分子和阴离子染料均具有较高的吸附量。HCPs对甲基橙的最大吸附容量为2587 mg g-1,亚甲基蓝的最大吸附容量为156 mg·g-1。HCPs在273K和298K下CO2的吸附量最大分别为71.6 cm3·g-1,44.9 cm3·g-1。在298K下,离子化样品的CO2/N2分离性能最高可达142/1。二、合成POSS基多孔离子有机网络。将多孔聚合物与笼型倍半硅氧烷(POSS)的优势相结合,基于Debus–Radziszewski反应,遵循点击反应原理合成制备了POSS基多孔离子有机网络。所得材料骨架中含有咪唑阳离子骨架,通过离子交换制备具有不同阴离子的多孔离子有机网络。考察其对CO2的吸附性能,探究聚合物阴离子部分为醋酸根(CBCP-Ac)和四氟硼酸根(CBCP-BF4)对气体吸附的影响。结果表明,CBCP-Ac和CBCP-BF4的比表面积分别为108 cm2·g-1和81cm2·g-1,CO2吸附热分别为27.4 kJ·mol-1,23.0 kJ·mol-1。CBCP-Ac具有较高的比表面积和吸附热,因而,在273 K和298 K的CO2吸附中的CBCP-Ac吸附性能高于CBCP-BF4,且CBCP-Ac与CO2有更强的相互作用。
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