一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用。所述三嗪环共价有机聚合物的制备方法，包括如下步骤：S1：将腈类单体和氯化锌混合，于氯化锌熔融状态下反应40~80h得黑色固体；所述腈类单体和氯化锌的摩尔比为1:1~15；S2：将S1所得黑色固体溶解、过滤、干燥即得所述三嗪环共价有机聚合物。本发明专利技术提供的三嗪环共价有机聚合物的制备方法工艺简单，成本低廉，易于规模化生产，在膜电容去离子脱盐领域有很大的应用空间。制备得到的三嗪环共价有机聚合物，因氮掺杂的杂原子效应和微孔效应具有良好的电吸附性能，具有优异的亲水性、化学稳定性、热稳定性及电子传导效率，吸附过程产生双电层，大容量吸附带电粒子。

【技术实现步骤摘要】
一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于电容去离子电极材料领域，具体涉及一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
膜电容去离子技术作为一种新兴的水处理技术，相比于传统水处理技术如反渗透、电渗析、蒸馏等，由于其简易、安全、低能耗以及无二次污染等优势引起了越来越多的关注。通过外加直流电压，使流体内带电粒子在电场力的作用下被吸附到带相反电荷的电极材料上，并在电极表面形成双电层，且电极表面覆盖阴阳离子交换树脂膜有效减少了共离子脱附对电容去离子脱盐技术的干扰，提高电吸附效率。当达到吸附饱和后，通过反接直流电压，实现快速高效的电极再生。电容去离子技术的核心在于电极材料的选择与制备，相比起传统的碳基材料，如活性炭、气凝胶、碳纳米管、石墨烯等，三嗪环共价有机聚合物具有优异的孔隙结构和良好的电导率，在电吸附领域有很大的应用潜力。目前，合成三嗪环共价有机聚合物的方法工艺繁琐，需要在手套箱惰性气体保护下混合原料，并置于安瓿瓶内进行抽真空与高温封管，如若原料中残留水分还会有安瓿瓶炸裂的危险。此过程成本十分高昂，不利于生产应用。因此，开发一种工艺简单的制备方法来得到具有优异的孔隙结构和良好的电导率的三嗪环共价有机聚合物具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中三嗪环共价有机聚合物的制备工艺繁琐、成本高昂的缺陷和不足，提供一种三嗪环共价有机聚合物的制备方法。本专利技术提供的制备方法可成功制备得到三嗪环共价有机聚合物，工艺简单，成本低廉，易于规模化生产，在膜电容去离子脱盐领域有很大的应用空间。且因三嗪环共价有机聚合物化学稳定性好，在工业废水的处理处置上同样具有很好的应用潜力。制备得到的三嗪环共价有机聚合物具有优异的孔隙结构和良好的电导率，表面湿润特性好，循环再生效果佳。本专利技术的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的三嗪环共价有机聚合物。本专利技术的另一目的在于一种三嗪环共价有机聚合物膜电容去离子吸附电极材料。本专利技术的另一目的在于提供上述电极材料的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述电极材料在水处理中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种三嗪环共价有机聚合物的制备方法，包括如下步骤：S1：将腈类单体和氯化锌在红外光照下混合，于氯化锌熔融状态下反应40~80h得黑色固体；所述腈类单体和氯化锌的摩尔比为1:1~15；S2：将S1所得黑色固体溶解、过滤、干燥即得所述三嗪环共价有机聚合物。三嗪环共价有机聚合物以腈类单体作为原料，基于氰基动态可逆三聚环化构筑而成的，氯化锌既作为催化剂，又作为溶剂，在高温下反应数天，腈由于Lewis酸碱相互作用，长时间充分反应形成三嗪环共价有机聚合物。本专利技术提供的制备方法得到的三嗪环共价有机聚合物的功能团修饰可控，具有π共轭体系极好的电子传导效率，在气体吸附、选择性吸附、多相催化等领域有着极为广阔的应用前景；且氮含量高，有效提高了材料的亲水性和电极的电活性面积。优选地，S1中所述对苯二腈和氯化锌的摩尔比为1:5。优选地，所述腈类单体为对苯二腈、1,3,5-苯三腈、4,4’-联苯二腈或2,6-吡啶二甲腈等中的一种。优选地，S1中于400~500℃下反应。优选地，S1中反应的时间为40h。优选地，S2中将所述黑色固体依次置于水、稀盐酸溶液和四氢呋喃中搅拌浸泡，过滤。优选地，所述浸泡时间为24h。优选地，所述稀盐酸质量浓度为5%。优选地，S2中于真空条件下干燥。优选地，所述干燥的温度为150℃，时间为24h。本专利技术请求保护上述制备方法得到的三嗪环共价有机聚合物。一种三嗪环共价有机聚合物膜电容去离子吸附电极材料，包括上述三嗪环共价有机聚合物、导电剂和粘结剂。优选地，所述三嗪环共价有机聚合物、导电剂和粘结剂的质量比为1:0.08~0.2:0.08~0.2。更为优选地，所述三嗪环共价有机聚合物、导电剂和粘结剂的质量比为1:0.125:1。优选地，所述导电剂为导电炭黑或乙炔黑。优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或聚乙烯醇。上述电极材料的制备方法，包括如下制备步骤：将三嗪环共价有机聚合物、导电剂和粘结剂混合，加入分散溶剂，搅拌分散均匀，干燥即得所述电极材料。优选地，所述分散溶剂为二甲基乙酰胺或二甲基甲酰胺。优选地，所述搅拌为磁力搅拌，所述磁力搅拌的速度为300rpm，时间为24h。优选地，所述干燥的过程为：涂敷于钛网上，真空干燥。优选地，所述钛网为为3×2cm规格，100目斜纹编织方孔网。优选地，所述真空干燥的温度为40℃，时间为3h。优选地，所述分散溶剂与所述三嗪环共价有机聚合物的质量比为5~20ml:1g。上述电极材料在水处理中的应用也在本专利技术的保护范围内。优选地，所述电极材料在制备膜电容去离子吸附电极水处理装置中的应用。本专利技术提供的电极材料在膜电容去离子脱盐领域有很大的应用空间。另外，因三嗪环共价有机聚合物化学稳定性好，在工业废水的处理处置上同样具有很好的应用潜力。本专利技术还请求保护一种膜电容去离子吸附电极装置，包括由上述电极材料作为正极电极材料和负极电极材料得到的正极和负极。以本专利技术提供的电极材料作为正极材料和负极材料可得到正极和负极，可应用于现有技术中的各类膜电容去离子吸附电极装置中。本专利技术提供的膜电容去离子吸附电极装置具有极高的吸附容量及再生能力等；通过电导率仪分析得知，装备出的膜电容去离子装置的比吸附量高达18.29mg/g，在1M氯化钠电解液中扫描速度1mV/s时电容为103.07~129.61F/g，且该电极经过多次循环再生仍有很高的吸附容量。优选地，所述正极和负极的表面分别覆盖有阴离子交换树脂膜和阳离子交换树脂膜。电极表面覆盖阴阳离子交换树脂膜可有效减少共离子脱附对电容去离子脱盐技术的干扰，实现高效脱盐与快速再生。优选地，所述膜电容去离子吸附电极装置还包括以有机玻璃为支板，内置硅胶垫片，两片电极面对面置于其中，外接直流电源，该装置连接蠕动泵和导电率仪，所述膜电容去离子吸附电极装置内经盐水流通。更为优选地，所述膜电容去离子吸附电极装置的长宽5×5cm；所述内置硅胶垫片的面积为3×3cm；所述蠕动泵所配置的管为25#，流动速度为10rpm，水槽水量为80mL；盐水浓度为50~500mg/L；所述正极和负极正接外加直流电压为0.8V~1.4V。可利用该装置吸附盐水中带电粒子。当吸附饱和时，可将外接直流电压正负极反接，以实现电极再生。优选地，所述反接外加直流电压为1.2V~1.4V。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供的三嗪环共价有机聚合物的制备方法工艺简单，成本低廉，易于规模化生产，在膜电容去离子脱盐领域有很大的应用空间。制备得到的三嗪环共价有机聚合物，因氮掺杂的杂原子效应和微孔效应具有良好的电吸附性能，具有优异的亲水性、化学稳定性、热稳定性及电子传导效率，吸附过程产生双电层，大容量吸附带电粒子，电极表面覆盖阴阳离子交换树脂膜有效减少了共离子脱附对电容去离子脱盐技术的干扰，实现高效脱盐与快速再生。附图说明图1是实施例1制备的三嗪环共价有机聚合物扫描电镜图；图2是实施例1制备的三嗪环共价有机聚合物在约500mg/L盐溶液中电容去离子吸脱附曲线图；图3是实施例1制备的三嗪环共价有机聚合物在1mV本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三嗪环共价有机聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将腈类单体和氯化锌在红外光照下混合，于氯化锌熔融状态下反应40~80h得黑色固体；所述腈类单体和氯化锌的摩尔比为1:1~15；S2：将S1所得黑色固体溶解、过滤、干燥即得所述三嗪环共价有机聚合物。

【技术特征摘要】
1.一种三嗪环共价有机聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将腈类单体和氯化锌在红外光照下混合，于氯化锌熔融状态下反应40~80h得黑色固体；所述腈类单体和氯化锌的摩尔比为1:1~15；S2：将S1所得黑色固体溶解、过滤、干燥即得所述三嗪环共价有机聚合物。2.根据权利要求1所述三嗪环共价有机聚合物的制备方法，其特征在于，S1中所述对苯二腈和氯化锌的摩尔比为1:5。3.根据权利要求1所述三嗪环共价有机聚合物的制备方法，其特征在于，所述腈类单体为对苯二腈、1,3,5-苯三腈、4,4’-联苯二腈或2,6-吡啶二甲腈。4.根据权利要求1所述三嗪环共价有机聚合物的制备方法，其特征在于，S1中于400~700℃下反应。5.权...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘道华，宁寻安，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44