本文關(guān)鍵詞：富氮型有機(jī)微孔聚合物的制備及其氣體吸附性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：有機(jī)微孔聚合物(MOPs)具有比表面積大、化學(xué)和熱穩(wěn)定性良好、骨架密度低和合成策略多樣等優(yōu)點(diǎn),因此在氣體吸附、小分子分離和非均相催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。有機(jī)微孔聚合物材料根據(jù)其分子結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),可分為自具微孔聚合物(PIMs)、共軛微孔聚合物(CMPs)、共價(jià)有機(jī)網(wǎng)絡(luò)(COFs)和超交聯(lián)微孔聚合物(HCPs)等。研究表明,在有機(jī)微孔聚合物固體吸附劑中引入一些極性的功能基團(tuán)(如-NH2,-OH,-NO2,-COOH,-SO3H等)可有效提高其對(duì)氣體(如H2, CH4, CO2)的吸附性能。功能基團(tuán)的引入雖然可以大幅度提高二氧化碳的吸附量,但是卻占據(jù)了微孔材料的孔結(jié)構(gòu),使材料的比表面積大幅降低。因此,為了獲得同時(shí)具有高比表面積和高吸附性能的有機(jī)微孔聚合物,我們嘗試在聚合物的骨架中引入氮原子以形成富電子的雜環(huán)有機(jī)微孔材料,氮原子的引入可以增強(qiáng)吸附劑與二氧化碳分子間的作用力,提高其對(duì)二氧化碳的吸附能力,同時(shí)氮原子引入到聚合物的主體骨架中而不是作為側(cè)基,因此制備的有機(jī)微孔聚合物可期望展示出高的比表面積�；诖�,本碩士論文合成了一系列富含氮元素的CMPs, HCPs及碳材料：1.本論文首先設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)以三苯胺為基本結(jié)構(gòu)單元的單體,并利用Suzuki及Yamamoto偶聯(lián)反應(yīng)合成了兩種富氮型共聚和自聚CMPs材料。通過(guò)對(duì)制備聚合物的孔性能及氣體吸附性能的研究表明,由催化活性更高的Ni(cod)2催化生成的自聚物YPTPA具有更高的交聯(lián)度,比表面積為1557m2/g,二氧化碳吸附量達(dá)3.03 mmol/g (1.13 bar/273 K)。同時(shí),其對(duì)C02/N2的選擇吸附分離指數(shù)為17.3：1。該研究結(jié)果表明在聚合物骨架中摻入氮原子能夠增強(qiáng)聚合物表面與二氧化碳分子間的相互作用力,進(jìn)而提高其對(duì)二氧化碳的吸附量。兩種共軛微孔聚合都具有比表面積大、結(jié)構(gòu)易于調(diào)控、二氧化碳吸附性能突出等優(yōu)點(diǎn),但在合成過(guò)程中需要使用過(guò)渡金屬催化劑,制作成本相對(duì)較高。2.為了設(shè)計(jì)合成反應(yīng)條件更溫和、成本更低廉的富氮型有機(jī)微孔材料,我們把研究焦點(diǎn)投向了超交聯(lián)微孔聚合物。我們?cè)O(shè)計(jì)合成了兩種咔唑結(jié)構(gòu)的單體,并利用一步式傅-克烷基化反應(yīng)(Friedel-Crafts)合成了超交聯(lián)微孔聚合物,該反應(yīng)利用二甲氧基甲烷(FDA)為外交聯(lián)劑、無(wú)水FeCl3為催化劑,制備方法簡(jiǎn)便、易于操作且副產(chǎn)物少。通過(guò)對(duì)材料物理化學(xué)性質(zhì)的研究,我們發(fā)現(xiàn)交聯(lián)度更大的聚合物FCTCz具有更高的比表面積(1845m2/g)、更出色的二氧化碳(4.63 mmol/g,1.13bar/273 K)和氫氣吸附(1.94 wt%,1.13 bar/77 K)性能。由于制備的富氮型超交聯(lián)微孔聚合物具有合成方法簡(jiǎn)單、比表面積高且二氧化碳吸附性能突出等特點(diǎn),因此在二氧化碳的捕獲和分離方面有很大的應(yīng)用前景,但超交聯(lián)微孔聚合物在材料的孔隙大小和分布方面難以實(shí)現(xiàn)有效控制。3.為了改善超交聯(lián)微孔聚合物的物理化學(xué)性質(zhì),獲得具有更好氣體吸附性能的材料,我們首先將前文中以三苯胺為基礎(chǔ)的單體通過(guò)傅-克烷基化反應(yīng)制備超交聯(lián)微孔聚合物,隨后使其在高溫下碳化,制備了系列富氮型碳材料。為了考察KOH活化劑在碳化過(guò)程中的作用,我們將一組聚合物直接碳化,另外一組先與KOH活化后再碳化。對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)KOH活化后的碳材料的氣體性能有了明顯提高,其中碳材料FCDTPA-K-700具有最高的比表面積(2065m2/g),且二氧化碳吸附量高達(dá)6.51 mmol/g (1.13 bar/273 K).這主要是由于KOH在聚合物碳化過(guò)程中起著重要的支撐作用,可以防止聚合物的孔結(jié)構(gòu)坍塌,另一方面做為模板劑在碳化過(guò)程中產(chǎn)生新的孔結(jié)構(gòu),因此可在較大程度上提高材料的氣體吸附性能。4.我們將前文中咔唑結(jié)構(gòu)的超交聯(lián)聚合物與KOH活化后在不同溫度下碳化,其中樣品FCBCz-600的二氧化碳吸附量高達(dá) 6.38 mmol/g (1.13 bar/273 K),具有最高比表面積(2357m2/g)的樣品FCBCz-700的氫氣和甲烷吸附量分別為2.85 wt%(1.13 bar/77.3 K)和2.39 mmol/g (1.13 bar/273 K),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)除了KOH以外,碳化溫度也會(huì)影響碳材料的性能。通過(guò)簡(jiǎn)單的高溫碳化,我們得到了具有良好氣體吸附性能的碳材料,這些材料制備方法簡(jiǎn)單、原料廉價(jià)易得,可廣泛應(yīng)用于氣體的存儲(chǔ)和分離,為制備新型的碳材料提供了新思路。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)微孔聚合物 共軛微孔聚合物 碳材料 氣體吸附 二氧化碳俘獲
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：O631
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-22
• 1.1 有機(jī)微孔聚合物的研究進(jìn)展11-18
• 1.1.1 自聚微孔聚合物11-13
• 1.1.2 共價(jià)有機(jī)網(wǎng)絡(luò)13-15
• 1.1.3 共軛微孔聚合物15-17
• 1.1.4 超交聯(lián)微孔聚合物17-18
• 1.2 有機(jī)微孔聚合物的應(yīng)用18-20
• 1.2.1 催化領(lǐng)域的應(yīng)用19
• 1.2.2 氣體分離及存儲(chǔ)領(lǐng)域的應(yīng)用19-20
• 1.2.3 光電材料領(lǐng)域的應(yīng)用20
• 1.3 論文研究目的及創(chuàng)新點(diǎn)20-22
• 第2章 三苯胺結(jié)構(gòu)的CMPs合成及性能研究22-34
• 2.1 引言22-23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分23-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料23
• 2.2.2 三苯胺結(jié)構(gòu)的單體及CMPs的合成23-26
• 2.2.3 制備聚合物的性能表征26-27
• 2.3 結(jié)果與討論27-33
• 2.4 本章小結(jié)33-34
• 第3章 咔唑結(jié)構(gòu)的HCPs合成及性能研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分34-37
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料34-35
• 3.2.2 咔唑結(jié)構(gòu)的單體及HCPs的合成35-37
• 3.2.3 制備聚合物的性能表征37
• 3.3 結(jié)果與討論37-44
• 3.4 本章小結(jié)44-46
• 第4章 基于三苯胺結(jié)構(gòu)HCPs的微孔碳材料制備及性能研究46-62
• 4.1 引言46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-49
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料47
• 4.2.2 三苯胺結(jié)構(gòu)的HCPs及微孔碳材料的合成47-48
• 4.2.3 性能表征48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第5章 基于咔唑結(jié)構(gòu)HCPs的微孔碳材料制備及性能研究62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分62-64
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料62-63
• 5.2.2 咔唑結(jié)構(gòu)的HCPs及微孔碳材料的合成63
• 5.2.3 性能表征63-64
• 5.3 結(jié)果與討論64-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-84
• 致謝84-86
• 攻讀碩士學(xué)位期間科研成果86

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 朱祥;呂文杰;胡軍;汪華林;劉洪來(lái);;有機(jī)多孔聚合物CO_2捕集及分離性能的研究進(jìn)展[J];化工學(xué)報(bào);2014年05期

2 潘月琴;;煙道氣中CO_2吸附捕集劑的研究進(jìn)展[J];化學(xué)世界;2014年12期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

1 馬和平;吸附分離導(dǎo)向的有機(jī)多孔材料的設(shè)計(jì)合成與氣體分離性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2014年

2 吳月;通過(guò)Friedel-Crafts烷基化反應(yīng)制備POSS基雜化材料及性能研究[D];山東大學(xué);2014年

3 陳龍;二維共價(jià)有機(jī)框架結(jié)構(gòu)的合成和性能研究[D];北京理工大學(xué);2015年

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前5條

1 張麗敏;基于縮醛和縮酮微孔有機(jī)聚合物的制備及其性能研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2013年

2 劉俊玲;含噻吩、氰酸酯單元的三嗪基納米孔聚合物的合成及表征[D];中南大學(xué);2013年

3 姚姝文;超交聯(lián)微孔聚合物的制備及性能研究[D];陜西師范大學(xué);2014年

4 丁芳;功能化離子液體調(diào)控CO_2捕集行為的研究[D];浙江大學(xué);2015年

5 江騰飛;有機(jī)多孔聚合物的合成及其吸附性能研究[D];浙江理工大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：富氮型有機(jī)微孔聚合物的制備及其氣體吸附性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：377430