本发明专利技术公开了一种聚芳基均三嗪和聚芳基均三嗪孔材料及它们的制备方法，聚芳基均三嗪的制备方法是将芳香二酸酐化合物和4-氨基苯腈溶于极性非质子溶剂，先进行酰胺化反应，再进一步亚胺化反应，得到芳香双腈化合物；所得的芳香双腈化合物在真空条件下，加热进行环化反应，即得；将上述制得的聚芳基均三嗪进一步活化得到聚芳基均三嗪孔材料；该聚芳基均三嗪制成孔材料后具有高的比表面积和大的孔容，分子结构热稳定性能好，可广泛应用于催化剂载体、气体储存和捕获、金属离子深度处理和芳香化合物分离等诸多领域，特别是在气体储存和捕获领域，如在温和条件下对CO2和H2等气体分子吸附性能很好；该聚芳基均三嗪及其孔材料合成方法步骤简单，方便可行，可工业化应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种聚芳基均三嗪和聚芳基均三嗪孔材料及它们的制备方法，属于高分子材料领域，
技术介绍
在环境污染和化石燃料枯竭日趋严重的情况下，气体分子如CO2和H2等的捕获和储存以及重金属离子的深度处理对我国经济的可持续发展有着重大意义。利用纳米孔材料来吸附气体分子如CO2和H2或对重金属离子进行分离富集是当前材料、能源和环境研究领域最热点的课题之一，具有特别重大的学术价值和工业应用价值。具有纳米孔特性的有机聚合物材料，由于其丰富的原料来源和多样的合成方式以及稳固开放的孔道与优异的孔性质，在吸附、分离和载体材料等方面具有广阔的应用前景。出现比较多的主要有两类：一是硼酸酯环类微孔材料，具有较高的BET比表面积(1260m2/g)和(0.29m3/g)[N.W.Oekwig,et al,science,2005,310,1166][Budd P M,et al.J.Mater.Chem.,2003,13(11):2721-27]。二是基于1,3,5-三嗪刚性连接子的无限交联网络（CTF），BET比表面积可达3270m2/g[Kuhn P,Antonietti M,Thomas A.Angew Chem Ent Ed,2008,47(18):3450-3458]。这些材料在CO2和H2等的储存上取得了很大进展，但这些材料面临一个共同的关键问题，即由于骨架与被吸附分子作用力弱，温和条件下气体分子如CO2和H2储存量较低，还不能满足实际应用要求。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中基于1,3,5-三嗪刚性连接子的无限交联网络（CTF），存在结构热稳定性差，分子骨架与被吸附分子作用力弱，温和条件下气体分子如CO2和H2储存量较低，还不能满足实际应用要求的缺陷，目的之一在于提供一种主链上含芳酰亚胺基含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪，该聚芳基均三嗪制成孔材料后在温和条件下对CO2和H2等气体分子具有良好吸附性能，还具有优异的结构热稳定性能。本专利技术的第二个目的是在于提供一种在温和条件下对CO2和H2等气体分子具有良好吸附性能，还有优异结构热稳定性能的含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料。本专利技术的第三个目的是在于提供一种方法简单，操作快捷、易控制，制备上述含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪的方法。本专利技术的第四个目的在于提供一种方法简单，操作快捷、易控制，制备上述含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料的方法。本专利技术提供了一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪，该聚芳基均三嗪具有式1结构：式1其中，表示重复结构单元：B表示结构单元：A表示结构单元：Ar为结构单元中一种或几种。本专利技术还提供了一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料，该聚芳基均三嗪孔材料为多孔状粉末或颗粒的聚芳基均三嗪，比表面积为600～3500m2/g，粉末或颗粒中的孔孔径为1～100nm；所述的聚芳基均三嗪具有式1结构。优选的比表面积800～1500m2/g。所述的聚芳基均三嗪在氮气条件下5%热失重温度为480～540℃。本专利技术还一种如上所述的聚芳基均三嗪的制备方法，该方法是将式2结构的芳香二酸酐化合物和4-氨基苯腈溶于极性非质子溶剂，先在60～80℃酰胺化反应，再在150～200℃进一步亚胺化反应，得到式3结构的芳香双腈化合物；所得的芳香双腈化合物在真空条件下，加热到300～450℃进行环化反应，即得；所述的芳香二酸酐化合物与4-氨基苯腈的摩尔比为1:2.0～2.5；式2式3Ar为结构单元中一种或几种。所述的酰胺化反应时间为4～6h。所述的亚胺化反应时间为8～12h。所述的环化反应时间为10～60h。所述的极性非质子溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、环丁砜的一种或几种。所述的环化反应中加入路易斯酸催化剂，路易斯酸与芳香双腈化合物的摩尔比为10～50:1；优选为30～50:1。所述的路易斯酸为氟甲基磺酸、无水氯化锌、无水三氯化铟，无水氯化镓，无水氯化铝，无水氯化铁，无水氯化钛，无水氯化钴和无水溴化钴中的一种或几种。上述方法中将亚胺化反应之后得到的粗产物经过在水、醇或醇水混合液中沉降、过滤、用去离子水洗涤、干燥后，重结晶；晶体在70～90℃下真空干燥，得到纯的芳香双腈化合物，再进行下一步环化反应。上述方法中环化反应后的粗产物经去离子水洗涤、干燥后；再经醇或醇水混合液提取放置过夜，再100℃真空干燥，得到成品含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪。本专利技术还提供了一种如上所述的聚芳基均三嗪孔材料的制备方法，该方法是将如上所述的聚芳基均三嗪在0.001～0.01MPa的真空条件下加热到180～250℃，活化处理2～48h，即得。本专利技术的有益效果：本专利技术针对现有技术中1,3,5-三嗪刚性连接子的无限交联网络（CTF），存在结构热稳定性差，分子骨架与被吸附分子作用力弱，温和条件下气体分子如CO2和H2储存量较低，还不能满足实际应用要求的缺陷，经过大量研究，合成出一类分子链中含芳酰亚胺结构和苯基均三嗪孔材料的新型树脂，该具有热高稳定性和化学稳定性，在氮气条件下的5wt%的热失重在500℃左右；而且可利用芳酰亚胺结构极性大和热稳定性好的特点，在保持聚合物优异稳定性的同时提高聚合物骨架的极性，进而提高对气体分子的吸附能力，特别能在温和条件下对二氧化碳和氢气的吸附能力较大；与分子筛等传统孔材料相比，其密度非常更小（《0.8g/cm3），其在本质上具有更高的单位质量吸附负载量；而且由于其骨架稳定性高，可重复利用；该聚芳基均三嗪及其孔材料合成方法步骤简单，方便可行，可工业化应用；聚芳基均三嗪孔材料具有高的比表面积和大的孔容，可广泛应用于催化剂载体、气体储存和捕获、金属离子深度处理和芳香化合物分离等诸多领域，特别是气体储存和捕获领域。附图说明【图1】为实施例1的聚合物及单体的红外对比图；P表示聚合物；PMDA-CN表示二腈单体。【图2】为实施例3的聚合物在氮气环境下的热失重曲线。【图3】为1H NMR图谱：a为实例1的聚合前体1H NMR图谱；b为实例2的聚合前体1H NMR图谱。【图4】为在低压273K及298K条件下，实例1聚合物二氧化碳吸附等温线。【图5】为在77K及273K条件下，实例1聚合物材料氢气吸附曲线。具体实施方式以下实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术。本专利技术具体实施方式反应中间本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪，其特征在于，具有式1结构：式1其中，表示重复结构单元：B表示结构单元：A表示结构单元：Ar为结构单元中一种或几种。FDA00003182604900011.jpg,FDA00003182604900012.jpg,FDA00003182604900013.jpg,FDA00003182604900014.jpg,FDA00003182604900015.jpg,FDA00003182604900016.jpg,FDA00003182604900017.jpg
【技术特征摘要】
1.一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪，其特征在于，具有式1结构：
式1
其中，
表示重复结构单元：B表示结构单元：A表示结构单元：Ar为结构单元中一种或几种。
2.一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料，其特征在于，为多孔状粉末或
颗粒的聚芳基均三嗪，比表面积为600～3500m2/g，粉末或颗粒中的孔孔径为
1～100nm；所述的聚芳基均三嗪具有式1结构：
式1
其中，表示重复结构单元：B表示结构单元：A表示结构单元：Ar为结构单元中一种或几种。
3.如权利要求2所述的聚芳基均三嗪孔材料，其特征在于，所述的聚芳基均三
嗪在氮气条件下5%热失重温度为480～540℃。
4.一种如权利要求1所述的聚芳基均三嗪的制备方法，其特征在于，将式2结
构的芳香二酸酐化合物和4-氨基苯腈溶于极性非质子溶剂，先在60～80℃酰胺
化反应，再在150～200℃进一步亚胺化反应，得到式3结构的芳香双腈化合物；
所得的芳香双腈化合物在真空条件下，加热到300～450℃进行环化反应，即得；
所述的芳香二酸酐化合物与4-氨基苯腈的摩尔比为1:2.0～2...
【专利技术属性】
技术研发人员：喻桂朋，伍绍飞，潘春跃，刘瑶，付县，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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