一种用于共价有机骨架材料的微流控合成装置及合成方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于共价有机骨架材料的微流控合成装置及合成方法，所述微流控合成装置包括第一容器、第二容器、T型连接器、微流控基板、超声装置，且第一容器和第二容器通过T型连接器连通，T型连接器与微流控基板连通，微流控基板位于超声装置中，超声装置用于向微流控基板发射超声波，微流控基板上刻有S型流道，用于在超声波的激励下使反应液形成湍流。本发明专利技术的合成方法通过利用微尺度手段调控反应条件、超声形成局部热点为反应提供热源、连续相微尺度合成，优化了共价有机骨架的合成方法，从而降低了反应条件、缩短了反应时间、提高了材料的产量和产率。本发明专利技术的优点在于反应可控、连续性好、反应温度低、合成时间快、可实现批量化生产。批量化生产。批量化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种用于共价有机骨架材料的微流控合成装置及合成方法


[0001]本专利技术涉及共价有机骨架材料合成领域，尤其涉及一种用于共价有机骨架材料的微流控合成装置及合成方法。

技术介绍

[0002]共价有机骨架材料(COFs)是通过共价键链接形成的具有周期性结构的多孔骨架材料。它具备有序的微孔结构和用于准确识别和负载的催化活性位点。由于其良好的性能和特殊的共价结构，使得在合成过程中可以通过在单体或者聚合物上引入官能团来赋予共价有机骨架独特的化学性质。COFs在气体吸附、催化、光电和传感器件等都有着广阔的应用场景。COFs虽然具有高比表面积、重量小、稳定性好等一般优点，但是由于其可逆的链接方式，COFs的合成相较于其他2D材料相比比较困难。
[0003]目前合成共价有机骨架的方法有溶剂热法、离子热法、加热回流法、室温溶液法、微波辅助合成和固相合成等方法。溶剂热法(Science,2005,310,1166
‑
1170)是比较常用的一种合成共价有机框架材料的方法，截至目前大多数共价有机框架材料都是通过溶剂热法合成得到的，该方法比较常用的反应温度为85℃至120℃，而且反应时间从1天至9天不等，需要较高的反应温度和较长的时间；离子热法(Angew.Chem.Int.Ed,2008,47,3450
‑
3453)目前为止仅被应用于三嗪类共价有机框架材料的合成，且该方法反应条件比较苛刻，例如：较高的反应温度影响了构建单元的热稳定性；加热回流法(Chem.Mater.2006,18,5296)制备所需条件同样比溶剂热法更苛刻，不仅需要较高的温度和较长的时间，还需营造惰性气体保护的氛围，显然不利于进行大批量共价有机骨架材料的制备；室温溶液法(Chem.Commun.2015,51,12254)虽然在室温溶液中合成了共价有机框架材料TpBD，但是其方法的普适性较差，使用该方法合成的报道还很少。微波辅助合成法(Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,6250)其反应的时间缩短到了60分钟，但其反应温度仍需要控制，微波设备较为贵重，超高的频率难以控制温度；固相合成法(Am.Chem.Soc.2013,135,5328)操作简单，无需溶液，可大量生产。由于其产率不高，产物性能较差等缺点，限制了其后续的发展。以上方法制备的成本都较高，并且COFs批量合成也存在巨大的困难，采用现有的合成工艺难以制备大批量的COFs。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种反应可控、连续性好、反应温度低、合成时间快、可实现批量化用于共价有机骨架材料的微流控合成装置；本专利技术的另一目的是提供一种利用上述微流控合成装置合成共价有机骨架材料的方法。
[0005]技术方案：本专利技术的一种用于共价有机骨架材料的微流控合成装置，包括第一容器、第二容器、T型连接器、微流控基板、超声装置，第一容器用于存放第一反应液，第二容器用于存放第二反应液，且第一容器和第二容器通过T型连接器连通，T型连接器与微流控基板连通，微流控基板位于超声装置中，超声装置用于向微流控基板发射超声波，微流控基板
上刻有S型流道，用于在超声波的激励下使反应液在S型流道的弯道处形成湍流。
[0006]进一步地，还包括收集装置，收集装置与微流控基板连通，用于接收微流控基板内合成的共价有机骨架材料。
[0007]进一步地，还包括用于调控反应液流速的第一流动泵和第二流动泵，第一流动泵设在第一容器和T型连接器之间，第二流动泵设在第二容器和T型连接器之间。
[0008]进一步地，还包括用于反应液流动的管道，管道的材质为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或聚酰亚胺。
[0009]进一步地，微流控基板的材质为金属、石墨、塑料、玻璃或碳化硅，S型流道间的间隔低于S型流道的内径。
[0010]另一方面，本专利技术提供一种利用上述的微流控合成装置合成共价有机骨架材料的方法，包括以下步骤：
[0011](1)配置反应液，反应液为用于合成共价有机骨架材料的原料，或用于合成金属
‑
COFs催化剂的原料；反应液包括第一反应液和第二反应液；
[0012](2)将配置的第一反应液和第二反应液分别转移至第一容器和第二容器中，开启超声装置，调节超声频率；同时开启第一流动泵和第二流动泵，用来调节第一反应液和第二反应液的流速，使第一反应液和第二反应液分别在管道内形成均匀层流；驱动第一反应液和第二反应液进入T型连接器，经T型连接器混合后向微流控基板流动；在超声的作用下，反应液在微流控基板进行共价有机骨架材料的合成；反应结束后，收集产物。
[0013]进一步地，步骤(1)中，用于合成共价有机骨架材料的原料包括醛类和胺类的乙酸水溶液、醛类和胺类的硼酸水溶液或含多个羟基的苯类有机溶液；用于合成金属
‑
COFs催化剂的原料包括用于合成共价有机骨架材料的原料和金属盐。
[0014]进一步地，反应液包括有机物聚合物和乙酸水溶液，有机物聚合物浓度为0.05
‑
0.15mol/L，乙酸水溶液的浓度为6M。
[0015]进一步地，步骤(2)中，反应液流出的管道的内径为0.5
‑
0.8mm，壁厚为0.2
‑
0.3mm，管道内反应液的流速为20
‑
100ul/min，第一流动泵和第二流动泵的档位调至反应液形成均匀稳定的层流。
[0016]进一步地，步骤(2)中，合成过程中的反应温度为常温，超声的频率为80
‑
100kHz。
[0017]进一步地，步骤(2)中，所合成的共价有机骨架材料为席夫碱
‑
RC＝N
‑
或＝CH
‑
N
‑
与硼酸脱水缩合而成的
‑
B
‑
O
‑
B
‑
共价有机骨架中的一种或几种。基于席夫碱反应的共价有机骨架为醛和胺的席夫碱反应，其中醛为2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二甲醛(DMTA)、对苯醌、2,5
‑
二甲氧基苯
‑
1,4
‑
二
‑
甲醛、1,3,5
‑
三醛基苯、对酞醛等含有醛基官能团的有机物；其中胺为1,3,5
‑
三(4氨基苯基)苯、2,3,6,7,10,11
‑
六氨基三亚苯、4',4
”‑
(1,3,5
‑
三嗪
‑
2,4,6
‑
三基)三苯胺、4,4'，4
″
，4
″′‑
(芘
‑
1,3,6,8
‑
四芳基)四苯胺、联苯二胺等含有氨基官能团的有机物。其中硼酸为中对苯二硼酸、4,4
′‑
偶氮二苯硼酸、3
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于共价有机骨架材料的微流控合成装置，其特征在于，包括第一容器(1)、第二容器(2)、T型连接器(5)、微流控基板(6)、超声装置(7)，第一容器(1)用于存放第一反应液，第二容器(2)用于存放第二反应液，且第一容器(1)和第二容器(2)通过T型连接器(5)连通，T型连接器(5)与微流控基板(6)连通，微流控基板(6)位于超声装置(7)中，超声装置(7)用于向微流控基板(6)发射超声波，微流控基板(6)上刻有S型流道，用于在超声波的激励下使反应液在S型流道的弯道处形成湍流。2.根据权利要求1所述的用于共价有机骨架材料的微流控合成装置，其特征在于，还包括收集装置(8)，收集装置(8)与微流控基板(6)连通，用于接收微流控基板(6)内合成的共价有机骨架材料。3.根据权利要求1所述的用于共价有机骨架材料的微流控合成装置，其特征在于，还包括用于调控反应液流速的第一流动泵(3)和第二流动泵(4)，第一流动泵(3)设在第一容器(1)和T型连接器(5)之间，第二流动泵(4)设在第二容器(2)和T型连接器(5)之间。4.根据权利要求1所述的用于共价有机骨架材料的微流控合成装置，其特征在于，还包括用于反应液流动的管道，管道的材质为聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯或聚酰亚胺。5.根据权利要求1所述的用于共价有机骨架材料的微流控合成装置，其特征在于，微流控基板(6)的材质为金属、石墨、塑料、玻璃或碳化硅，S型流道间的间隔低于S型流道的内径。6.一种利用权利要求1
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5任一所述的微流控合成装置合成共价有机骨架材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配置反应液，反应液为用于合成共价有机骨架材料的原料，或用于合成金属
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COFs催化剂的原料；反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：于超，陈京生，邓娟，蔡越己，王庆，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：