共价三嗪有机骨架材料的设计、合成及吸附性能的研究

摘要

随着工业的进步和科技的发展，水污染、大气污染和核污染等环境问题愈发严重，污染防治技术研究非常重要。吸附法是一种能耗低且操作简单的处理方法，可以用于除去环境中的污染物。共价三嗪有机骨架材料(Covalent Triazine-Based Frameworks，CTFs)是一种由共价键连接C、H、O、N等轻元素构成的含有三嗪环的多孔有机聚合物，具有化学稳定性和水热稳定性好、比表面积高以及结构和功能多样化等优势。本工作针对碘蒸气吸附、有机污染物吸附和二氧化碳相关气体等不同类型的吸附对象，设计合成了两种孔径大小不同的共价三嗪骨架材料，并探究了其吸附分离方面的性能，主要内容如下:　　(1)针对放射性碘单质吸附，设计合成了一种三维介孔CTFs。通过在平面型单体上引入甲基使得其结构上的苯环互相垂直得到新的立体型单体，然后将新的单体通过高温聚合生成具有三维结构的介孔CTFs(CTF-CTTD)。CTF-CTTD具有1684m2g-1的比表面积和1.44cm3g-1的孔体积，并且具有微孔和介孔的多级孔结构。因为CTF-CTTD具有三嗪环、π-π共轭的结构以及很大的孔体积和比表面积，所以本工作将其用于捕捉碘蒸气。研究结果表明，CTF-CTTD可以有效地捕捉碘蒸气，其最高碘蒸气吸附量(387％)超过了已经报道的绝大多数多孔有机骨架材料。并且，CTFs良好的稳定性使得CTF-CTTD具有很好的再生能力。　　(2)本工作以吸附脱除废水中的罗丹明B(RhB)为例，研究了将CTF-CTTD应用于水中有机污染物分子的吸附脱除性能。研究结果表明，CTF-CTTD可以有效地吸附脱除RhB，最大吸附量为667mg g-1。对于低浓度的RhB溶液，吸附脱除率可达99.9％以上。并且，CTF-CTTD还具有良好的再生性能。因此CTF-CTTD用于吸附有机污染物分子方面具有应用前景。　　(3)本工作针对小分子气体分离，设计合成了一种具有高杂原子(N和S)含量的二维超微孔CTFs(CTF-BTD)，将其应用于含CO2的混合物的吸附分离。研究结果表明，CTF-BTD可以实现对CO2与N2或CH4混合物的完全分离。在298K和1bar条件下，CTF-BTD对CO2/CH4和CO2/N2的分离选择性系数分别13.0和64.4。并且，CTFs良好的稳定性使得CTF-BTD具有良好的二氧化碳循环吸附能力。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章绪论

1．1引言

1．3多孔有机材料的分类

1．3．1超交联微孔聚合物

1．3．2共价有机骨架材料

1．3．3共轭微孔有机聚合物

1．3．4固有微孔聚合物

1．3．5共价三嗪有机骨架材料

1．4多孔有机骨架材料的应用

1．4．1二氧化碳的吸附与分离

1．4．2放射性核废物的吸附脱除

1．5课题选题依据及意义

1．6本论文的创新性

第二章三维介孔共价三嗪骨架材料的合成及其对碘的吸附

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验试剂

2．2．2单体CTTD的合成

2．2．3三嗪骨架材料CTF-CTTD的合成

2．2．4材料表征

2．2．5碘蒸气吸附实验

2．2．6正己烷中碘单质的吸附试验

2．2．7碘的控制释放和循环再生实验

2．3结果与讨论

2．3．1 CTF-CTTD的合成与表征

2．3．2 CTF-CTTD的碘蒸气吸附性能

2．3．3 CTF-CTTD对正己烷中的碘单质的吸附性能

2．3．4碘释放和CTFs的循环利用

2．4本章小结

第三章三维介孔共价三嗪骨架材料对染料的吸附

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验试剂

3．2．2实验设备

3．2．3染料RhB的吸附试验

3．2．4循环再生实验

3．3结果与讨论

3．3．1不同温度下合成的CTF-CTTD吸附RhB的性能研究

3．3．2吸附时间对CTF-CTTD吸附RhB的影响

3．3．3 pH对CTF-CTTD吸附RhB的影响

3．3．4温度对CTF-CTTD吸附RhB的影响

3．3．5 RhB动力学模型拟合

3．3．6 RhB的吸附等温线拟合

3．3．7 CTFs的循环利用性能

3．4本章小结

第四章共价三嗪骨架材料的合成及其对气体的吸附分离

4．1引言

4．2实验部分

4．2．3 CTF-BTD的合成

4．2．4材料的表征

4．2．5穿透实验

4．3结果与讨论

4．3．1 CTF-BTD的合成与表征

4．3．2 CTF-BTD的气体吸附分离性能

4．4本章小结

第五章结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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