烯醇-酮式互变异构共价有机框架材料的合成、表征及在水处理中的应用

摘要

共价有机框架材料（Covalent Organic Frameworks，COFs）是一类由共价键连接的、具有开放且规整的孔道结构、高比表面积以及易于修饰的晶形有机多孔材料。自2005年首例COFs报道以来，该材料便引起了广泛关注。至目前为止，COFs材料的应用研究已经涉及气体储存、光电器件、药物释放、催化和分离领域。然而，COFs在水处理领域的应用却鲜有报道。利用COFs材料的特性实现其在水处理领域的应用主要存在两大挑战:1）由于合成COFs的反应一般都是可逆的脱水缩合反应，在潮湿的环境下逆反应的发生导致COFs结构塌陷。2）通过传统方法合成的COFs材料均以粉末的形式存在，难以获得连续的无缺陷纯COFs材料分离膜。本文旨在探索烯醇，酮式互变异构COFs在水处理领域的应用，主要包括以下四方面内容:
　　(1)烯醇一酮式互变异构COFs材料粉体的合成、表征及对染料吸附性能研究:结合一步可逆的席夫碱反应和一步不可逆的烯醇-酮式互变异构制备得两种不同孔径的COFs材料——TpPa COF和TpBD COF。进一步研究了TpPa COF和TpBD COF在水体中对染料的吸附性能。结果表明，在pH=7的条件下，两种COFs对亚甲基蓝的饱和吸附量在120mgg-1左右，而对橙黄G几乎没有吸附性能。并且两种COFs均具有很好的可再生性以及水稳定性。
　　(2) TpPa COF/纤维素混合基质膜的制备、表征及对染料截留性能研究:通过制备不同掺杂量的TpPa COF/纤维素混合基质膜并对其分离性能进行研究。结果表面，TpPa COF内的孔道可以作为水通道并具有孔道筛分作用。
　　(3)纯TpPa COFs薄膜的制备、表征及对染料的截留性能研究:首先，使用Layer-by-Layer生长法在多巴胺修饰的阳极氧化铝和聚偏氟乙烯(PVDF)表面制备TpPa COF薄膜，聚偏氟乙烯为基底的TpPa COF薄膜对刚果红溶液表现出优秀的截留性能;其次，使用晶种二次生长法在阳极氧化铝(AAO)表面制备TpPa COF薄膜。两种方法制得的TpPa COF薄膜在电镜下均可以看到致密的结构。
　　(4) TpPa COF中空球形材料的制备:以SiO2微球为模板，通过对其表面胺基化改性从而提供COFs构筑基元分子的锚定位点，接着在溶剂热体系中继续生长获得SiO2/TpPa COF核壳结构，并通过HF蚀刻的去模板技术获得TpPa COF中空球形材料。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 COFs材料的结构研究

1．2．1 COFs材料的分类

1．2．2 COFs材料的制备方法

1．2．3 COFs材料的设计合成

1．2．4 COFs材料的水稳定性

1．3 COFs材料的应用研究

1．3．1 COFs材料在气体储存中的应用

1．3．2 COFs材料在光电器件中的应用

1．3．3 COFs材料在药物释放中的应用

1．3．4 COFs材料在催化领域中的应用

1．3．5 COFs材料在分离领域中的应用

1．3．6 COFs材料薄膜领域的应用

1．4 课题的提出与研究方案

第二章 烯醇-酮式互变异构型COFs材料粉体的制备、表征及对染料吸附性能研究

2．1 前言

2．2 实验材料

2．3 实验设备

2．4 实验方法

2．4．1 构筑基元化合物1，3，5-三醛基间苯三酚(Tp)的制备

2．4．2 溶剂热法制备共价有机框架材料

2．4．3 静态染料吸附实验

2．4．4 COFs吸附性能分析

2．4．5 COFs吸附等温线拟合

2．4．6 吸附质浓度标准曲线的绘制

2．4．7 表征

2．5 结果与讨论

2．5．1 1，3，5-三醛基间苯三酚(Tp)的核磁共振(1H NMR)分析

2．5．2 TpPa COF的表征

2．5．3 TpBD COF的表征

2．5．4 COFs材料静态吸附实验

2．6 小结

第三章 TpPa COF／纤维素混合基质膜的制备、表征及对染料截留性能研究

3．1 前言

3．2 实验材料

3．3 实验设备

3．4 实验方法

3．4．1 TpPa COF／纤维素混合基质膜的制备

3．4．2 表征

3．5 实验结果

3．5．1 TpPa COF／纤维素混合基质膜的表征

3．5．2 TpPa COF／纤维素混合基质膜分离性能测试

3．6 小结

第四章 纯COFs材料薄膜的制备、表征及对染料的截留性能研究

4．1 前言

4．2 实验材料

4．3 实验设备

4．4 实验方法

4．4．1 多巴胺修饰AAO和PVDF基底

4．4．2 Layer-by-layer法制备COFs薄膜

4．4．3 晶种二次生长法制备AAO为基底的TpPa COF薄膜初探

4．4．4 表征

4．5 结果与讨论

4．5．1 Layer-by-Layer法制备的TpPa COF薄膜的表征

4．5．2 晶种二次生长法制备的TpPa COF薄膜的表征

4．6 小结

第五章 COFs中空球形材料的制备及表征

5．1 前言

5．2 实验材料

5．3 实验设备

5．4 实验方法

5．4．1 单分散SiO2微球的制备

5．4．2 单分散SiO2微球的表面胺基化改性

5．4．3 SiO2／TpPa COF核壳结构材料的制备

5．4．4 SiO2／TpPa COF中空球形材料的制备

5．4．5 表征

5．5 结果与讨论

5．5．1 单分散SiO2微球的表征

5．5．2 SiO2／TpPa COF核壳结构材料的表征

5．5．3 TpPa COF中空球形材料的表征

5．6 小结

第六章 总结与展望

6．1 全文主要结论

6．2 主要创新点

6．3 不足与展望

参考文献

作者简介