一种含氮的共轭有机微孔聚合物、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种含氮的共轭有机微孔聚合物，属于吸附材料制备技术领域。具体是以N

Conjugated organic microporous polymer containing nitrogen, preparation method and application thereof

The invention discloses a conjugated organic microporous polymer containing nitrogen, which belongs to the technical field of preparation of adsorption materials. Specifically, N

【技术实现步骤摘要】
一种含氮的共轭有机微孔聚合物、制备方法及应用
本专利技术属于吸附材料制备
，特别是涉及一种含氮共轭微孔聚合物、制备方法及应用。
技术介绍
长期以来，由于人类生活和工业生产不断消耗化石燃料，二氧化碳的排放量不断增长，这使人类的生存环境和生态系统遭受了极大污染。目前，全球气候变暖成为人类亟需解决的重要环境问题，其中二氧化碳的浓度过高是主要的原因。同其他环境问题相比,二氧化碳的排放影响空间大且作用时间长,因此解决起来非常困难。人类迫切寻求新的清洁能源来代替化石燃料，从而减少二氧化碳在大气中的浓度。在能源结构转变之前，人类主要通过限制二氧化碳排放量及研究能将二氧化碳捕获和存储的新型材料等方法来解决此问题。随着研究的不断深入，有机多孔聚合物随之产生，它是一类具有较大比表面积和永久孔结构的新型多孔材料。有机多孔聚合物具有合成方法多样、尺寸可调控、表面可修饰、化学及物理性质稳定等特点，并且它在气体存储、分离及非均相催化等方面表现出巨大的潜能，逐渐成为近年来发展较快的研究热点之一。根据结构特点的不同,有机多孔聚合物主要可分为自具微孔聚合物(polymersofintrinsicmicroporosity，PIMs)、超交联聚合物(hypercross-linkedpolymers，HCPs)、共轭微孔聚合物(conjugatedmicroporouspolymers,CMPs)和共价有机骨架聚合物(covalentorganicframeworks,COFs)。与无机微孔材料和金属有机网络相比，微孔有机聚合物的合成才刚刚起步。但有机合成化学和聚合物化学却已为此类材料的合成提供了多样性和广阔的发展空间。因此，无论从科研探索还是从实际应用的方面，设计合成具有良好CO2吸附性能的微孔有机材料均具有重要的意义。为了满足人类生活和工业生产的发展，人类对无温室气体释放、清洁且安全的能源需求正在快速增长，核能则具有这些优势。虽然，核能被认为是一种高效和非碳排放的能源，但在核能优点的背后出现了不可忽略的环境问题，就是由铀的核裂变产生的危害人类健康的放射性核废料。129I，131I，3H和85Kr等都是核废料中含有的挥发性放射性核素。特别是在发生反应堆泄漏事故的时候，针对的主要就是放射性碘。因为在核燃料中，放射性碘的毒性大，产额高，还拥有长达1.57×107年的放射性半衰期，所以对于放射性碘的相应问题引起了能源界的广泛关注。因此，为了促进未来核能的进一步发展，人类非常需要能够有效捕获和储存放射性碘的材料及方法。现实生活中，CO2可以从工厂的排烟道中及酸性天然气中被捕获和分离。这些环境条件对于捕获CO2材料的要求很高。目前，人们普遍使用胺净化器对二氧化碳进行收集，该方法需要消耗大量的能源，且成本较高，限制了它的应用。所以，科学家们需要寻找成本低、消耗少的材料来代替现有材料。另外，现在普遍捕获碘技术是用天然或合成的金属交换沸石作为碘吸附剂，这些材料具有化学性质稳定和水热稳定的特点。然而，它们有限的吸附能力导致低的碘吸附量，这极大限制了该材料在碘吸附方面的应用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种含氮的共轭有机微孔聚合物，该聚合物可作为吸附剂对二氧化碳气体和碘进行高效吸附，实现二氧化碳气体和碘的高效捕获和存储。具体的，本专利技术提供的含氮的共轭有机微孔聚合物，以N2,N4,N6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺和炔苯作为共聚单体，在Pd(0)催化下，通过Sonogashira进行偶联，然后在700～820℃高温热解制得。优选地，所述炔苯选自1,3-二乙炔苯、1,4-二乙炔苯、1,3,5-三乙炔苯中任意一种。优选地，所述聚合物比表面积为630～736m2/g，孔径分布0～1nm。本专利技术还提供了该含氮的共轭有机微孔聚合物作为气体吸附剂或放射性碘吸附剂的应用。本专利技术还提供了该含氮的共轭有机微孔聚合物在碘或二氧化碳捕获中的应用。优选地，在273K，1.05bar条件下，所述含氮的共轭有机微孔聚合物对CO2的吸附量为3.37～3.96mmol/g；在常压，350K条件下，所述含氮的共轭有机微孔聚合物对I2的吸附值为1.49～1.92g/g。本专利技术还提供了该含氮的共轭有机微孔聚合物的制备方法，具体制备过程如下：S1：以N2,N4,N6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺和炔苯作为共聚单体，在Pd(0)催化下，通过Sonogashira偶联反应制备含有N的共轭微孔聚合物材料；S2：将S1制备得到的N的共轭微孔聚合物材料在氮气保护下，经700～820℃直接热解2h，得到所述含氮的共轭有机微孔聚合物。更优选地，S2中，热解温度为800℃。本专利技术制得的含氮的共轭有机微孔聚合物拥有大的比表面积、良好的多孔性质、较好的热稳定性及化学稳定性，在气体分离、气体吸附等领域具有广阔的应用前景。与传统化学吸附过程相比，本专利技术提供的聚合物使用物理吸附更方便的施行捕获并释放二氧化碳的可逆过程，不仅需要的能量更少而且有利于二氧化碳的再利用。在碘吸附方面，我们制得的聚合物对碘分子展现出了非常优越的吸附能力。而且该聚合物材料吸附的碘可以通过简单的洗脱操作把碘从聚合物骨架中洗脱出来，有效的回收碘。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1～3所得聚合物的X射线粉末衍射谱图；图2为本专利技术实施例1～3所得聚合物的的氮气吸脱附分析和孔径分布图，其中：图(a)为氮气吸脱附分析图，图(b)为氮气吸脱附分析图；图3本专利技术实施例1～3所得聚合物的扫描电镜图；图4本专利技术实施例1～3所得聚合物的透射电镜图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。除非另有定义，下文中所用是的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到。实施例1本实施例一种含氮的共轭有机微孔聚合物，具体制备过程为：以N2,N4,N6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺(147.8mg,0.25mmol)和1,4-二乙炔苯(70.6mg,0.56mmol)作为共聚单体，在Pd(0)作为催化剂和氮气保护下，无水DMF和三乙胺作为溶剂，120℃条件下反应48h,制备了含有N的共轭微孔聚合物材料，记为NT-POP-1；将制备得到的聚合物材料，在氮气保护下，经800℃直接热解2h，得到含氮的共轭有机微孔聚合物，记为NT-POPs@800-1。实施例2本实施例一种含氮的共轭有机微孔聚合物，具体制备过程为：以以N2,N4,N6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺(147.8mg,0.25mmol)和1,4-二乙炔苯(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含氮的共轭有机微孔聚合物，其特征在于，以N

【技术特征摘要】
1.一种含氮的共轭有机微孔聚合物，其特征在于，以N2,N4,N6-三(4-溴苯基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺和炔苯作为共聚单体，在Pd(0)催化下，通过Sonogashira进行偶联，然后在700～820℃高温热解制得。2.根据权利要求1所述的含氮的共轭有机微孔聚合物，其特征在于，所述炔苯选自1,3-二乙炔苯、1,4-二乙炔苯、1,3,5-三乙炔苯中任意一种。3.根据权利要求2所述的含氮的共轭有机微孔聚合物，其特征在于，所述聚合物比表面积为630～736m2/g，孔径分布0～1nm。4.根据权利要求2所述的含氮的共轭有机微孔聚合物作为气体吸附剂或放射性碘吸附剂的应用。5.根据权利要求2所述的含氮的共轭有机微孔聚合物在碘或二氧化碳捕获中的应用。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：许彦红，崔迪，刘洺含，
申请(专利权)人：吉林师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22