微孔有机聚合物气体及碘吸附性能研究

摘要

微孔有机聚合物在近年来得到极大发展，并被广泛应用于气体吸附分离、半导体和催化等诸多领域。本文通过超交联聚合方法合成了含三嗪环和亚胺基团的富氮多级孔聚合物。通过核磁和红外表征了聚合物化学结构，利用气体吸附仪得到了其孔道结构，并研究了其对CO2和碘的吸附性能。 （1）由对苯二腈合成的含三嗪环结构四元胺单体与醛反应得到PAN-POTDAs聚合物，呈多级孔结构。BET比表面积可达1165m2g-1，微孔孔容占总孔容比例可达0.664，较高的微孔含量使得其在273K、1bar下对CO2吸附量可达13.16wt%，其与CO2有较强的相互作用，对CO2极限吸附热最高为27.8kJ mol-1。三嗪环和N－H利于碘与聚合物相互作用，使得PAN-POTDAS最高可吸附301.90wt%碘蒸气，最快可在20min内吸附174.23wt%。 （2）由间苯二腈合成的含三嗪环结构四元胺单体合成了呈多级孔结构的PAN-MOTDAs聚合物。由于单体结构位阻变大，其整体的比表面积和微孔孔容损失。BET比表面积最高为991m2g-1，微孔孔容占比最高为0.528。其在273K、1bar下CO2吸附量为10.21wt%。微孔含量下降是CO2吸附量下降的主要原因。由于介孔大孔含量增加利于传输，碘蒸气吸附量反而提高，最高可吸附329.41wt%，吸附速率可达20min内吸附154.81wt%。 （3）通过引入三苯胺结构得到六元胺单体并合成了呈多级孔结构的PAN-TDATPAs。由于三苯胺的三臂结构利于构筑孔道，BET比表面积提高，最高可达1273m2g-1，微孔孔容占总孔容比例较高，可达0.655。虽然对CO2极限吸附热略有下降，但得益于微孔含量较高，其在273K、1bar下吸附量最高达12.57wt%。由于单体官能度提高增加了与碘分子发生强相互作用的N－H数量，可吸附碘317.39wt%，并且碘吸附速率大幅提高，可在20min内吸附242.65wt%。 （4）通过引入扭曲非共平面的二氮杂萘酮联苯结构得到六元胺单体，合成了呈多级孔结构的PAN-TPAHPZs。由于单体体积大造成了聚合物链段穿插，使得孔结构损失，BET比表面积下降，最高仅为766m2g-1，微孔孔容占比下降，最高仅为0.348。其在273K、1bar下吸附量仅为6.39wt%，对CO2极限吸附热也受穿插影响，仅为17.6kJ mol-1。微孔含量和吸附热均明显下降是CO2吸附量明显下降的原因。孔结构损失使得聚合物对碘吸附量下降，可吸附273.79wt%，吸附速率为20min内吸附146.32wt%。

目录

声明

1 绪论

1.1 微孔材料

1.1.1 微孔材料简介

1.1.2 吸附等温曲线

1.1.3 BET比表面积和NLDFT孔径分布分析方法

1.2 微孔有机聚合物

1.2.1 微孔有机聚合物简介

1.2.2 微孔有机聚合物的合成与结构特点

1.2.3 超交联聚合物（HCPs）

1.2.4 共价三嗪骨架（CTFs）

1.2.5 其他微孔聚合物

1.3 微孔有机聚合物的应用

1.3.1 微孔有机聚合物应用简介

1.3.2 CO2吸附

1.3.3 碘吸附

1.4 本文研究思路及创新点

2 对位三嗪基多元胺单体超交联聚合物的制备与性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料

2.2.2 测试仪器及表征方法

2.2.3 单体合成

2.2.4 PAN-POTDAs的制备

2.3 结果与讨论

2.3.1 PAN-POTDAs的化学、聚集态结构及热稳定性能表征

2.3.2 PAN-POTDAs比表面积和孔结构表征

2.3.3 PAN-POTDAs气体吸附性能表征

2.3.4 PAN-POTDAs碘吸附性能表征

2.4 本章小结

3 间位三嗪基多元胺单体超交联聚合物的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 测试仪器及方法

3.2.3 单体合成

3.2.4 PAN-MOTDAs的制备

3.3 结果与讨论

3.3.1 PAN-MOTDAs的化学、聚集态结构及热稳定性能表征

3.3.2 PAN-MOTDAs比表面积和孔结构表征

3.3.3 PAN-MOTDAs气体吸附性能表征

3.3.4 PAN-MOTDAs碘吸附性能表征

3.4 本章小结

4 三苯胺功能化多元胺单体超交联聚合物的制备与性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 实验原料

4.2.2 测试仪器及方法

4.2.3 单体合成

4.2.4 PAN-TDATPAs的制备

4.3 结果与讨论

4.3.1 PAN-TDATPAs的化学、聚集态结构及热稳定性能表征

4.3.2 PAN-TDATPAs比表面积和孔结构表征

4.3.3 PAN-TDATPAs气体吸附性能表征

4.3.4 PAN-TDATPAs碘吸附性能表征

4.4 本章小结

5 三苯胺功能化含二氮杂萘酮结构超交联聚合物的制备与性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.2.1 实验原料

5.2.2 测试仪器及表征方法

5.2.3 单体合成

5.2.4 PAN-TPAHPZs的制备

5.3 结果与讨论

5.3.1 PAN-TPAHPZs的化学、聚集态结构及热稳定性能表征

5.3.2 PAN-TPAHPZs比表面积和孔结构表征

5.3.3 PAN-TPAHPZs气体吸附性能表征

5.3.4 PAN-TPAHPZs碘吸附性能表征

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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