三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物、制备方法及其应用技术

技术编号:20880895 阅读:198 留言:0更新日期:2019-04-17 12:53
本发明专利技术公开了一种三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物、制备方法及其应用。本发明专利技术利用均三嗪与4‑氨基杯芳烃上沿的氨基聚合形成C‑N键,从而构筑得到一类三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物。本发明专利技术利用富含氮原子的均三嗪对4‑氨基杯芳烃的修饰后,不仅增加聚合物的氮量和材料的比表面积,而且还提高了聚合物的热稳定性。本发明专利技术的三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物对湿度和水稳定,并在水溶液中对碘表现出相当高的负载能力,最高可以达到240%。

【技术实现步骤摘要】
三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物、制备方法及其应用
本专利技术属于有机多孔聚合物制备
,具体涉及一种三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物、制备方法及其应用。
技术介绍
随着时代的迅速发展,能量消耗巨大,核能迅速开发,乏燃料后处理的问题也越来越受到关注。在核电事故中,不仅含有大量的131I,而且长寿命的129I的相对含量也很高,特别值得关注的是129I(半衰期为1570万年)。尽管放射性核素131I寿命短(8.02天的半衰期),但它具有高度的挥发性,并且在穿透细胞中引起突变和死亡。因此在后处理厂需对其进行净化去除。目前,放射性碘的捕集方法主要有液体吸收法、固体吸附法。固体吸附法因其可靠性高、操作简单、经济性好的优势被广泛采用。吸附材料主要集中在固体材料的开发,如活性炭,疏水沸石等,疏水沸石大多是含金属的固体材料,如银沸石是吸附效果较好的一类,然而此类材料由于其有限的比表面积,对于碘的吸附量并没有达到令人满意的程度。由于杯芳烃有较强的吸附能力和比较大的比表面积,因此,发展了一种以杯[4]芳烃为主体的多孔有机聚合物,通过共价键连接后,具有良好的化学稳定性和热稳定性,材料均由轻质元素组成,密度低,比表面积大。基于上述优点,材料在吸附和存储方面表现出极大的优势和潜能,最近,Trabolsi等人制备了富含锂的富含炔烃杯[4]芳烃的持久性有机污染物,其对I2的吸附能力较高,其值为312wt%。[1]然而,这些材料都局限于吸附碘蒸汽中的I2,而其在水相中的吸附行为报道很少,此材料由于结构稳定,可以用来吸附水中的碘。本专利技术即是围绕该用途展开研究,并取得较好的结果。[1]ShettyD,RayaJ,HanDS,etal.LithiatedPolycalix[4]arenesforEfficientAdsorptionofIodinefromSolutionandVaporPhases[J].ChemistryofMaterials,2017,29(21).
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一类三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物、制备方法及其应用。为了实现以上目的,本专利技术采用以下技术方案。本专利技术提供一种三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物,其结构式如下所示:其中:n为0,1,2,3或4。本专利技术还提供一种三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物的制备方法,具体步骤如下:将均三嗪、4-氨基杯[4]芳烃和碳酸钾溶于二氧六环中后,加热回流反应60~80h;待反应结束,冷却至室温,离心、洗涤、真空干燥,得到基于三嗪基功能性的杯[4]芳烃多孔聚合物。本专利技术中,均三嗪、4-氨基杯[4]芳烃和碳酸钾的摩尔比为(2~4):(1~2):(8~16)。本专利技术中,二氧六环的用量为:每摩尔4-氨基杯[4]芳烃用40~60mL二氧六环。本专利技术中,先用水洗除去碳酸钾,然后依次用四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯仿和乙醇洗涤,以除去未反应的原料和形成的寡聚物小分子。表明生成了不溶性和共价交联的多孔有机材料。本专利技术进一步提供一种上述的三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物作为碘吸附剂在吸附水中碘方面的应用。优选的,在含碘的水中投加三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物,在室温下吸附。利用本专利技术的三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物测试碘吸附性能的评价方法如下:1、将材料和配制碘的高浓度溶液(2ml)放到一个10ml的小瓶子里面,在室温条件下,每隔两个小时,过滤,称重,计算出材料的吸附量。并且,能测出材料的最大吸附量。2、将吸碘后的材料进行TGA测试,得到材料中碘脱附行为发生的温度,用于评价材料吸碘后的稳定性。和现有技术相比,本专利技术具有如下优点:1、本专利技术的三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物作为水中碘吸附材料的用途前所未有。2、本专利技术的三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物对于碘吸附的效率更高,单位时间内吸附量更大。3、本专利技术单位质量的材料在常温下可以吸附更多的碘,负载量可以达到240%。附图说明图1为本专利技术两种材料的扫描电子显微镜。图2为本专利技术两种材料的固体核磁图谱的标峰。图3为本专利技术材料吸附量随时间的变化。图4为本专利技术CalPOP-1和CalPOP-1_I2的热重曲线。图5为本专利技术CalPOP-2和CalPOP-2_I2的热重曲线。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,以使本领域的技术人员能够更好的理解本专利技术的优点和特征,从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚的界定。本专利技术所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。以上仅仅是本专利技术的较佳实施方式,根据本专利技术的上述构思,本领域的熟练人员还可对此作出各种修改和变换。然而,类似的这种变换和修改均属于本专利技术的实质。实施例中,两种材料(CalPOP-1和CalPOP-2)合成的化学反应方程式如下式所示:两种材料的SEM图如图1所示,固体核磁图谱的标峰如图2所示。吸附实验:向含碘的碘化钾溶液水溶液中投加碘吸附剂,在室温下吸附两小时,然后过滤出固体,滤膜为微孔滤膜Ф50mm0.45μm(PTFE(聚四氟乙烯)),称重。如此循环,直到材料的最大吸附量;实施例1.CalPOP-1碘吸附实验将25mg的CalPOP-1(记为m)和碘的碘化钾溶液(由600mgKI,300mgI2溶解在2mLH2O中进行配制)同时加入到5mL的玻璃瓶内,随后密封瓶口,将玻璃瓶放置于室温,压力为常压,反应2h、4h、6h、8h、10h、24h后过滤,称量吸附后CalPOP-2的质量记为ma,按照公式ma-m计算吸附量为54mg、59.7mg、59.8mg、60mg、60mg、60mg(图3)。实施例2.CalPOP-2碘吸附实验将25mg的CalPOP-2(记为m)和碘的碘化钾溶液(由600mgKI,300mgI2溶解在2mLH2O中进行配制)同时加入到5mL的玻璃瓶内,随后密封瓶口,将玻璃瓶放置于室温,压力为常压,反应2h、4h、6h、8h、10h、24h后过滤,称量吸附后CalPOP-1的质量记为ma,按照公式ma-m计算吸附量为2.6mg、9.1mg、10mg、10.3mg、10.3mg、10.3mg(图3)。CalPOP-2与CalPOP-1相比,杯芳烃下缘的取代基从乙基到丁基,空间位置增加,发生聚合后,比表面积会减小,从而使得其对碘的吸附量也减少。实施例3.CalPOP-1碘脱附实验称取10mg吸碘后的CalPOP-1置于Al2O3坩埚,从28℃开始,炉内采用高纯氮作为保护气体,环境气体也为高纯氮。仪器温度控制为28℃,预热20min,使样品温度平衡至28℃,升温程序为,起始温度为28℃,以每分钟5℃的升温速度升至700℃。根据得到的TGA曲线可以得出,碘的脱附行为发生在90-290℃。图4为本专利技术CalPOP-1和CalPOP-1_I2的热重曲线。实施例4.CalPOP-2碘脱附实验称取10mg吸碘后的CalPOP-2置于Al2O3坩埚,从28℃开始,炉内采用高纯氮作为保护气体,环境气体也为高纯氮。仪器温度控制为28℃,预热20min,使样品温度平衡至28℃,升温程序为,起始温度为28℃,以每分钟5℃的升温速度升至700℃。根据得到的TGA曲线可以得出,碘的脱附行为发生在90-290℃。图5为本专利技术CalPOP-2和CalPOP-2_I2的热重曲线。本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物,其特征在于,其结构式如下所示:

【技术特征摘要】
1.一种三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物,其特征在于,其结构式如下所示:其中:n为0,1,2,3或4。2.一种根据权利要求1所述的三嗪基杯[4]芳烃多孔聚合物的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:将均三嗪、4-氨基杯[4]芳烃和碳酸钾溶于二氧六环中后,加热回流反应60~80h;待反应结束,冷却至室温,离心、洗涤、真空干燥,得到基于三嗪基功能性的杯[4]芳烃多孔聚合物。3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,均三嗪、4-氨基杯[4]芳烃和碳酸钾的摩尔比为(2~...

【专利技术属性】
技术研发人员:李亮张志忠李寒雪安朵张兴华
申请(专利权)人:上海应用技术大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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