一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于新材料技术领域，具体涉及一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物，以具有π共轭结构的含硫噻吩单体和三(4

【技术实现步骤摘要】
一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料
，涉及基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备，旨在从污水中选择性的高效吸附分离重金属汞离子。

技术介绍

[0002]汞是毒性和危害性最大的重金属之一，即使在低浓度下也会严重的威胁人类健康，使人体的中枢神经和内分泌系统被破坏，进一步影响人体各器官的正常工作。汞的存在形式多样，有剧毒，难以生物降解，对生态环境造成了严重的污染。在自然环境中，通常无机和有机形式的汞会转化为高挥发性的元素形式，并且汞会进入大气、土壤和水，最终会以一种高效的神经毒素甲基汞的形式存储于我们的食物链中。因此，考虑到汞在食物链中的积累及其对人体的毒性，制定从矿山废水或工业和城市污水中回收汞离子的生态友好策略至关重要。
[0003]目前，沉淀法、离子交换法、膜分离法和混凝法等多种方法已被广泛应用于汞离子的分离和富集。然而，它们大多数需要昂贵的成本，操作复杂，特别是对处理浓度低的汞离子而言效率低下。相比之下，吸附可以通过相对简单的工艺从低浓度源中回收汞离子。吸附法由于操作简单、工艺经济、无毒、可重复使用、效率高、二次废物产生相对较少、吸附剂种类繁多等优点，被认为是分离和吸附汞离子的一种绿色替代方法。
[0004]多孔有机聚合物(POPs)是通过强共价键相互连接而形成具有不同拓扑结构的多孔材料。由于其可调的孔隙结构、高的比表面积、低的骨架密度和优异的物理化学稳定性，POPs被认为是许多潜在应用领域的候选材料，例如气体吸附及分离、化学与生物传感器、多相催化、药物递送和能源存储等。近年来，多孔有机聚合物在污水处理中的应用越来越受到人们的关注。与传统吸附剂相比，POPs具有比表面积高、孔径可调、通过后修饰可以在骨架中可引入多种功能基团等优点，因此非常适合作为新型固体吸附剂应用于污水中重金属离子的吸附分离领域。根据文献报道，含硫基团可与汞离子形成络合物，进而对其吸附。为了提高POPs在重金属汞离子吸附分离中的应用潜力，本专利技术设计一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，直接选用具有π共轭的含硫有机单体，通过Suzuki偶联反应一锅法制备功能多孔有机聚合物，避免后修饰繁琐等步骤。制备得到的材料具有延长的π共轭骨架同时具有高密度的硫活性位点，可快速螯合汞离子，吸附选择性好，分离效率高。在强酸下对汞离子也展现出较高的吸附容量，并且可以循环使用，对于酸性工业废液的处理具有实际应用性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提供了一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，并将其应用于污水中重金属汞离子的吸附分离领域。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物，以具
有π共轭结构的含硫噻吩单体和三(4
‑
硼酸频呢醇酯苯基)胺(BBA)为结构单元，通过Suzuki偶联反应一锅法有效的合成新型含硫多孔有机聚合物，结构如式(Ⅰ)、(Ⅱ)所示：
[0007][0008]一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0009]1)将具有π共轭结构的含硫噻吩单体与三(4
‑
硼酸频呢醇酯苯基)胺放入准备好的反应容器中，加入N,N'
‑
二甲基甲酰胺使其单体溶解；连接好实验装置，使用液氮对混合物进行冷冻，用真空泵进行抽真空、通氮气至常压，反复循环三次；
[0010]2)催化剂快速加入整个反应体系中，继续使用液氮进行冷冻，用真空泵进行抽真空、通氮气至常压，反复循环三次；解冻后进行反应；
[0011]3)反应结束将得到的粗产品过滤并用过量的二氯甲烷、去离子水、四氢呋喃洗涤，然后进一步纯化，最后，在90℃真空干燥12小时，得到目标产物。
[0012]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物材料制备方法，步骤1)中，所述的含硫噻吩单体是5,5'
‑
二溴
‑
2,2'
‑
联噻吩和3,3',5,5'
‑
四溴
‑
2,2'
‑
联噻吩中的一种。
[0013]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，步骤2)中，所述的催化剂为四(三苯基膦)钯和2M碳酸钾水溶液。
[0014]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，步骤1)中，按物质的量比，所述的含硫噻吩单体：三(4
‑
硼酸频呢醇酯苯基)胺为1
‑
2:1。
[0015]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，按物质的量比，三(4
‑
硼酸频呢醇酯苯基)胺：四(三苯基膦)钯为1:0.05
‑
0.06。
[0016]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，步骤2)中，所述的反应的温度是130℃，反应时间是48小时。
[0017]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，所述的纯化是采用四氢呋喃、二氯甲烷进行索氏提取48小时。
[0018]上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物在吸附汞离子中的应用。
[0019]优选地，上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物在吸附汞离子中的应用，方法如下：将上述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物加入到含有汞的溶液中进行吸附。
[0020]本专利技术的有益效果：
[0021]1)本专利技术制备的含噻吩单元的多孔有机聚合物具有延长的π共轭骨架同时含有丰富的硫活性位点，可与汞离子形成络合物，快速螯合汞离子。
[0022]2)本专利技术制备的固体吸附剂分离富集效率高，可从混合离子溶液中选择性的吸附汞离子。本专利技术的方法操作简单、绿色无污染、适用广泛，具有实际应用性。
[0023]3)本专利技术利用多孔有机聚合物良好的比表面积，高的热化学稳定性，以及存在的硫活性位点可以和金属中心进行配位功能化等优势，制备的固体吸附剂可用于污水中重金属汞离子的回收。
[0024]4)本专利技术制备的含噻吩单元的多孔有机聚合物克服了由不规则的多孔结构导致的配体与靶金属之间低的相互作用，提高了吸附剂对汞离子的吸附性能。
[0025]5)本专利技术制备的含噻吩单元的多孔有机聚合物，在强酸下，对溶液中的汞离子有较高的吸附容量，并且具有高密度的配位位点，吸附过程可使汞离子预富集，进一步降低平衡时间，对于酸性工业废液的处理具有实际应用性。
[0026]6)本专利技术制备的含噻吩单元的多孔有机聚合物材料，在富集汞离子的过程中可以循环使用。
[0027]综上所述，本专利技术制备的固体吸附剂可以有效的吸附分离汞离子，而且吸附剂制备方便，吸附效率高，绿色无污染，具有实际的应用性。
附图说明
[0028]图1
‑
1是本专利技术的含噻吩单元的多孔有机聚合物LNU
‑
48和反应单体的红外光谱图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物，其特征在于，以具有π共轭结构的含硫噻吩单体和三(4
‑
硼酸频呢醇酯苯基)胺(BBA)为结构单元，通过Suzuki偶联反应一锅法有效的合成新型含硫多孔有机聚合物，结构如式(Ⅰ)、(Ⅱ)所示：2.一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将具有π共轭结构的含硫噻吩单体与三(4
‑
硼酸频呢醇酯苯基)胺放入准备好的反应容器中，加入N,N'
‑
二甲基甲酰胺使其单体溶解；连接好实验装置，使用液氮对混合物进行冷冻，用真空泵进行抽真空、通氮气至常压，反复循环三次；2)催化剂快速加入整个反应体系中，继续使用液氮进行冷冻，用真空泵进行抽真空、通氮气至常压，反复循环三次；解冻后进行反应；3)反应结束将得到的粗产品过滤并用过量的二氯甲烷、去离子水、四氢呋喃洗涤，然后进一步纯化，最后，在90℃真空干燥12小时，得到目标产物。3.如权利要求2所述的一种基于噻吩单元的多孔有机聚合物材料制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的含硫噻吩单体是5,5'
‑
二溴
‑
2,2'
‑
联噻吩和3,3',5,5'
‑
四溴
‑
2,...

【专利技术属性】
技术研发人员：布乃顺，许彦梅，夏立新，闫卓君，郑桂月，崔博，苏品杰，蔡慧颖，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：