聚离子液体多孔材料制备及其在CO2捕集中的应用基础研究

摘要

近年来，温室气体CO2的大量排放，导致了日益加剧的温室效应，造成的全球气候变暖，CO2的捕集已经成为广泛的研究热点。而大量离子液体的研究证实对CO2有良好的捕集性能，最新研究发现聚合离子液体对CO2的吸收能力为离子液体单体的数倍，同时多孔结构提高比表面积，利于CO2的吸收。
　　本文通过在聚合过程中通入CO2为致孔剂，并与N2气氛下自组装聚合进行对比，分别制得7种聚合离子液体，并对其进行了红外、热重、XPS、氮气吸脱附、CO2-TPD等一系列表征，考察合成出的聚合离子液体对CO2的吸收性能。证明了CO2的致孔能力，提高了聚合离子液体对CO2的吸收效果。
　　根据实验目的，季胺化制备了两种含氨基双键的离子液体单体，1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐([VAIM]Br·HBr)和1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐([SAIM]Br·HBr)，并对其进行结构表征和分析。
　　以上述合成的离子液体单体为基础，在聚合过程中通入CO2作为致孔剂与离子液体的氨基结合，生成氨基甲酸盐，并与N2气氛下的自主装聚合作对比。反应结束后，将产物真空升温，使氨基甲酸盐分解，还原氨基，得到如下7种聚合物:1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([VAIM]Br/DVB)）、1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与丙烯酰胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br/AAM/DVB》、1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br/DAA/DVB)）、1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br/OLA/DVB》、1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([SAIM]Br/DVB》、1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br/DAA/DVB)）、1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br/OLA/DVB》。
　　对制得的聚合离子液体结构和性能进行表征，发现合成的聚合离子液体具有较高的热稳定性，能在300℃以前保持稳定。由氮气吸脱附实验得到，在CO2气氛下聚合的聚合离子液体比在N2气氛下聚合的比表面积及孔容更大。P([VAIM]Br/DAA/DVB)(CO2)比表面积最大为160.35m2/g，孔容36.85ncc/g，而P([VAIM]Br/DAA/DVB)(N2)的比表面积为94.39m2/g，孔容为21.69ncc/g; P([SAIM]Br/DVB)(CO2)的比表面积最小为28.11m2/g，孔容6.46ncc/g，而P([SAIM]Br/DVB)(N2)的比表面积为21.16m2/g，孔容为4.86ncc/g。同时在CO2气氛下聚合的聚合离子液体比在N2气氛下聚合的吸收的CO2更多，P([VAIM]Br/DAA/DVB)(CO2)对CO2的吸收量最多，为0.277mmol/g，比P([VAIM]Br/DAA/DVB)(N2)高14.9％;P([SAIM]Br/DVB)(CO2)对CO2的吸收量最少为0.224mmol/g，比P([SAIM]Br/DVB)(N2)高5.2％。

目录

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摘要

第一章 文献综述

1．1 CO2捕集技术研究进展

1．1．1 CO2排放现状

1．1．2 CO2捕集技术

1．2 离子液体及其在CO2捕集上的应用

1．2．1 离子液体定义

1．2．2 室温离子液体(RTILs)

1．2．3 功能化离子液体(FILs)

1．2．4 支撑离子液体膜(SILMs)

1．2．5 聚合离子液体(PILs)

1．2．6 多孔聚合离子液体的制备

1．3 课题的提出和研究意义

第二章 离子液体单体的制备及表征

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要实验仪器和武剂

2．2．2 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐([VAIM]Br·HBr)的制备

2．2．3 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐([SAIM]Br·HBr)的制备

2．2．4 核磁共振测试

2．3 结果分析

2．3．1 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐([VAIM]Br·HBr)的结构分析

2．3．2 N-(4-乙烯基)苄基咪唑的结构分析

2．3．3 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐([SAIM]Br·HBr)的结构分析

2．3．4 制备方法讨论

2．4 本章小结

第三章 离子液体聚合物的制备及表征

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要实验仪器和试剂

3．2．2 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DV8的共聚物(P([VAIM]Br／DVB))

3．2．3 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与丙烯酰胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／AAM／DVB))

3．2．4 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／DAA／DVB))

3．2．5 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／OLA／DVB))

3．2．6 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([SAIM]Br／DVB))

3．2．7 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br／DAA／DVB))

3．2．8 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br／OLA／DVB))

3．3 结果分析

3．3．1 红外光谱分析

3．3．2 热重分析

3．3．3 XPS分析

3．3．4 聚合离子液体合成讨论

3．4 本章小结

第四章 离子液体聚合物的性能评价

4．1 引言

4．2 实验部分

4．3 比表面积分析

4．3．1 1-乙烯基-3-氨基眯唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([VAIM]Br／DVB))的比表面积分析

4．3．2 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与丙烯酰胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／AAM／DVB))的比表面积分析

4．3．3 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／DAA／DVB))的比表面积分析

4．3．4 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／OLA／DVB))的比表面积分析

4．3．5 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([SAIM]Br／DVB))的比表面积分析

4．3．6 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br／DAA／DVB))的比表面积分析

4．3．7 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br／OLA／DVB))的比表面积分析

4．4 SEM结果分析

4．5 CO2-TPD

4．5．1 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([VAIM]Br／OVB))的CO2-TPD

4．5．2 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与丙烯酰胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／AAM／DVB))的CO2-TPD

4．5．3 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／DAA／DVB))的CO2-TPD

4．5．4 1-乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([VAIM]Br／OLA／DVB))的CO2-TPD

4．5．5 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与DVB的共聚物(P([SAIM]Br／DVB))的CO2-TPD

4．5．6 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与二烯丙基胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br／DAA／DVB))的CO2-TPD

4．5．7 1-苯乙烯基-3-氨基咪唑氢溴酸盐与油胺、DVB的共聚物(P([SAIM]Br／OLA／DVB))的CO2-TPD

4．6 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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