【摘 要】
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微孔有机聚合物在近年来得到极大发展,并被广泛应用于气体吸附分离、半导体和催化等诸多领域。本文通过超交联聚合方法合成了含三嗪环和亚胺基团的富氮多级孔聚合物。通过核磁和红外表征了聚合物化学结构,利用气体吸附仪得到了其孔道结构,并研究了其对CO_2和碘的吸附性能。(1)由对苯二腈合成的含三嗪环结构四元胺单体与醛反应得到PAN-POTDAs聚合物,呈多级孔结构。BET比表面积可达1165 m2g-1,微孔
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微孔有机聚合物在近年来得到极大发展,并被广泛应用于气体吸附分离、半导体和催化等诸多领域。本文通过超交联聚合方法合成了含三嗪环和亚胺基团的富氮多级孔聚合物。通过核磁和红外表征了聚合物化学结构,利用气体吸附仪得到了其孔道结构,并研究了其对CO2和碘的吸附性能。(1)由对苯二腈合成的含三嗪环结构四元胺单体与醛反应得到PAN-POTDAs聚合物,呈多级孔结构。BET比表面积可达1165 m2g-1,微孔孔容占总孔容比例可达0.664,较高的微孔含量使得其在273K、1bar下对CO2吸附量可达13.16 wt%,其与CO2有较强的相互作用,对CO2极限吸附热最高为27.8 kJ mol-1。三嗪环和N-H利于碘与聚合物相互作用,使得PAN-POTDAS最高可吸附301.90 wt%碘蒸气,最快可在20min内吸附174.23 wt%。(2)由间苯二腈合成的含三嗪环结构四元胺单体合成了呈多级孔结构的PAN-MOTDAs聚合物。由于单体结构位阻变大,其整体的比表面积和微孔孔容损失。BET比表面积最高为991 m2g-1,微孔孔容占比最高为0.528。其在273K、1bar下CO2吸附量为10.21 wt%。微孔含量下降是CO2吸附量下降的主要原因。由于介孔大孔含量增加利于传输,碘蒸气吸附量反而提高,最高可吸附329.41 wt%,吸附速率可达20min内吸附154.81 wt%。(3)通过引入三苯胺结构得到六元胺单体并合成了呈多级孔结构的PAN-TDATPAs。由于三苯胺的三臂结构利于构筑孔道,BET比表面积提高,最高可达1273 m2g-1,微孔孔容占总孔容比例较高,可达0.655。虽然对CO2极限吸附热略有下降,但得益于微孔含量较高,其在273K、1bar下吸附量最高达12.57 wt%。由于单体官能度提高增加了与碘分子发生强相互作用的N-H数量,可吸附碘317.39 wt%,并且碘吸附速率大幅提高,可在20min内吸附242.65 wt%。(4)通过引入扭曲非共平面的二氮杂萘酮联苯结构得到六元胺单体,合成了呈多级孔结构的PAN-TPAHPZs。由于单体体积大造成了聚合物链段穿插,使得孔结构损失,BET比表面积下降,最高仅为766 m2g-1,微孔孔容占比下降,最高仅为0.348。其在273K、1bar下吸附量仅为6.39 wt%,对CO2极限吸附热也受穿插影响,仅为17.6 kJ mol-1。微孔含量和吸附热均明显下降是CO2吸附量明显下降的原因。孔结构损失使得聚合物对碘吸附量下降,可吸附273.79 wt%,吸附速率为20min内吸附146.32 wt%。
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