一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用。其中，所述的二维多孔高分子杂化材料由氧化石墨烯表面修饰功能多孔聚合物制得，所述的杂化材料具有二维片状形貌及表面微孔结构。所述的多功能二维多孔高分子杂化材料经过组装为滤水层后，材料微观呈现二维纳米片相互搭接的多孔结构。本发明专利技术提供的多功能二维多孔高分子杂化材料兼具了二维氧化石墨烯和功能多孔有机聚合物的结构和功能特性，将其组装为滤水层后具有超高的水渗透性和高效的污染物去除性能，还提供了一种污染物同时检测和分离的一体式解决方案，在环境治理领域具有广泛的应用前景。

A multifunctional two-dimensional porous polymer hybrid material and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及二维纳米材料领域，尤其涉及一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
多孔聚合物具有孔隙度良好、比表面积高、孔结构可控、化学可修饰等优点，使其基于分子大小、电荷亲和性和化学键上实现了易改性、高吸收、快分离等目标。尽管如此，大多数的吸附剂仍然受到非常缓慢的吸附动力学的影响，达到平衡状态通常需要几分钟甚至几个小时。由于化学和结构性能的协同作用，快速隔离污染的潜力还没有得到充分开发。此外，由于吸附过程的放热性质，使吸附物再生循环使用需要消耗大量的能量。另一方面，氧化石墨烯气凝胶是另一种新型的多孔环境控制材料。同时拥有低密度和巨大的相互连接的大孔隙使氧化石墨烯气凝胶成为收集石油的理想选择。大量的疏水油和有机溶剂对还原氧化石墨烯薄片具有亲和作用。由于氧化石墨烯气凝胶传质通道大，吸附速度快，特别对于是粘度大的油。然而，还原氧化石墨烯表面没有额外的纳米孔，使得氧化石墨烯气凝胶无法收集普通废水处理中的低浓度污染物。因此，需要合适的孔隙结构和功能来进一步扩展氧化石墨烯气凝胶的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用，所述的多功能二维多孔高分子杂化材料兼具了二维氧化石墨烯和功能多孔有机聚合物的结构和功能特性，将其组装为滤水层后具有超高的水渗透性和高效的污染物去除性能。为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料，所述的二维多孔高分子杂化材料由氧化石墨烯表面修饰功能多孔聚合物制得。优选地，所述的功能多孔聚合物由4-氯甲基苯乙烯通过聚合、预交联、超交联造孔和有机功能基团修饰制得。第二方面，本专利技术提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将4-氯甲基苯乙烯与交联剂一混合后滴加到含有氧化石墨烯的水溶液中，升温至60～80℃，加入引发剂，在惰性气氛下回流反应4～8h，用乙醇和/或水清洗混合液，离心分离后冷冻干燥，得到中间产物一；(2)将步骤(1)制备得到的中间产物一加入到冰醋酸中并搅拌均匀，加入交联剂二和催化剂一，在70～90℃下反应2～4h，再加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，经过滤、洗涤、冷冻干燥，得到中间产物二；(3)将步骤(2)制备得到的中间产物二分散于溶剂一中，过夜溶胀，在65～85℃下加入催化剂二，搅拌反应12～46h，再加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，经过滤、洗涤、冷冻干燥，得到中间产物三；(4)将步骤(3)制备得到的中间产物三与N-(2-氨基乙基)咔唑、碳酸铯、无水二甲基甲酰胺混合，在室温下避光连续搅拌反应16～32h，用二甲基甲酰胺和水清洗，离心分离后冷冻干燥，即制备得到多功能二维多孔高分子杂化材料。优选地，步骤(1)中所述的交联剂一为二乙烯基苯。优选地，步骤(1)中所述的4-氯甲基苯乙烯与交联剂一的体积比为10～150:1ml/ml。进一步优选地，步骤(1)中所述的4-氯甲基苯乙烯与交联剂一混合溶剂采用微量进样泵逐滴滴进氧化石墨烯的水溶液中，进样速度为4000～5000μL·h-1。优选地，步骤(1)中所述的4-氯甲基苯乙烯与氧化石墨烯的体积质量比为1:10～170ml/mg。优选地，步骤(1)中所述的氧化石墨烯与水的质量体积比为1.25～12.5:1mg/ml。优选地，步骤(1)中所述的引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的一种或几种。优选地，步骤(1)中所述的4-氯甲基苯乙烯与引发剂的体积摩尔比为1:0.015～0.02ml/mmol。优选地，步骤(1)中所述的惰性气氛包括氮气、氩气、氦气中的一种或几种。优选地，步骤(1)中为在惰性气氛下反应8h。优选地，步骤(1)中所述反应温度为75℃。优选地，步骤(2)中所述的中间产物一与冰醋酸的质量体积比为1～2:1mg/ml。优选地，步骤(2)中所述的交联剂二包括二甲氧基甲烷、四氯化碳中的一种或几种。优选地，步骤(2)中所述的中间产物一与交联剂二的质量体积比为1:9～110g/ml。优选地，步骤(2)中所述的催化剂一包括无水三氯化铁、无水三氯化铝中的一种或几种。优选地，步骤(2)中所述的中间产物一与催化剂一的质量比为1:100～200g/g。优选地，步骤(2)中所述回流温度为80℃。优选地，步骤(2)中所述反应时间为4h。优选地，步骤(2)中所述的丙酮/盐酸/水混合溶剂中盐酸、水与丙酮的体积比为1:3:4。优选地，步骤(3)中所述的溶剂一包括1,2-二氯乙烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳的一种或几种。优选地，步骤(3)中所述的中间产物二与所述溶剂一的质量体积比为1:0.5～50mg/ml。优选地，步骤(3)中所述的催化剂二包括无水三氯化铁、无水三氯化铝中的一种或几种。优选地，步骤(3)中所述的中间产物二与催化剂二的质量比为1:100～200g/g。优选地，步骤(3)中所述回流温度为75℃。优选地，步骤(3)中所述反应时间为24h。优选地，步骤(4)中所述的中间产物三与N-(2-氨基乙基)咔唑的质量比为1.5～2.5:1g/g。优选地，步骤(4)中所述的中间产物三与碳酸铯的质量比为1:4～6g/g。优选地，步骤(4)中所述的中间产物三与无水二甲基甲酰胺的质量体积比为18～22:1mg/ml。优选地，步骤(4)中反应时间为24h。优选地，如第一方面所述的多功能二维多孔高分子杂化材料为采用如第二方面所述的多功能二维多孔高分子杂化材料的制备方法制得。本专利技术的原理：本专利技术提出了一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用，首先通过乳液聚合法以石墨烯为模板在水相合成二维片状高分子GO@PCMS，再通过超交联法得到微孔聚氯甲基苯乙烯纳米片GO@xPCMS。以微孔聚氯甲基苯乙烯纳米片GO@xPCMS的苄基氯作为活性接枝位点，通过N-(2-氨基乙基)咔唑对易脱去的氯原子的取代反应，在GO@xPCMS的表面接枝咔唑基荧光基团，实现了二维多孔功能材料的设计与构筑，从而发展了一类新型多功能二维多孔高分子杂化材料。由于在高分子聚合物表面及内部发生自交联造孔，实现了石墨烯/聚合物杂化材料良好的机械性能，同时引入多孔结构。进一步利用有机改性策略，实现了对水体中微量有机分子的荧光响应及快速吸附功能。利用该材料组装形成的滤水层具有大孔结构，有利于溶剂的快速通过，加之材料快速的吸附特性，从而实现了污染物的快速处理。第三方面，本专利技术提供了一种如第一方面所述的多功能二维多孔高分子杂化材料在污染物检测、污染物吸附分离方面的应用。第四方面，本专利技术提供了一种如第二方面所述的多功能二维多孔高分子杂化材料的制备方法在污染物检测、污染物吸附分离方面的应用。第五本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能二维多孔高分子杂化材料，其特征在于，所述的二维多孔高分子杂化材料由氧化石墨烯表面修饰功能多孔聚合物制得。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能二维多孔高分子杂化材料，其特征在于，所述的二维多孔高分子杂化材料由氧化石墨烯表面修饰功能多孔聚合物制得。


2.如权利要求1所述的多功能二维多孔高分子杂化材料，其特征在于，所述的功能多孔聚合物由4-氯甲基苯乙烯通过聚合、预交联、超交联造孔和有机功能基团修饰制得。


3.一种多功能二维多孔高分子杂化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将4-氯甲基苯乙烯与交联剂一混合后滴加到含有氧化石墨烯的水溶液中，升温至60～80℃，加入引发剂，在惰性气氛下回流反应4～8h，用乙醇和/或水清洗混合液，离心分离后冷冻干燥，得到中间产物一；
(2)将步骤(1)制备得到的中间产物一加入到冰醋酸中并搅拌均匀，加入交联剂二和催化剂一，在70～90℃下反应2～4h，再加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，经过滤、洗涤、冷冻干燥，得到中间产物二；
(3)将步骤(2)制备得到的中间产物二分散于溶剂一中，过夜溶胀，在65～85℃下加入催化剂二，搅拌反应12～46h，再加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，经过滤、洗涤、冷冻干燥，得到中间产物三；
(4)将步骤(3)制备得到的中间产物三与N-(2-氨基乙基)咔唑、碳酸铯、无水二甲基甲酰胺混合，在室温下避光连续搅拌反应16～32h，用二甲基甲酰胺和水清洗，离心分离后冷冻干燥，即制备得到多功能二维多孔高分子杂化材料。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴丁财，黄文，刘倩彤，郑冰娜，符若文，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44