【摘要】：隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,人類對于能源的需求越來越高,例如高品質的能源原料C_2H_6、C_2H_4等;但同時也伴隨產生了嚴重的環(huán)境問題,CO_2等溫室氣體的過度排放使得全球變暖等氣候問題更加嚴峻。為了更好地解決能源和環(huán)境問題,科研工作者們對此進行了大量的探索研究,其中,利用多孔材料對目標氣體進行吸附和分離被看作是有效的手段。作為多孔材料的一員,多孔有機骨架材料(porous organic frameworks,POFs)具有頗多優(yōu)點,如高的比表面積、低的骨架密度、高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等;不僅如此,多孔有機骨架材料的合成還具有靈活的可設計性,通過調節(jié)單體的長度及種類可以實現(xiàn)目標材料的可控合成。此外,通過原位合成和后修飾兩種手段,具有特定性質的功能化多孔有機骨架材料的合成也變得很有可能。原位合成方法是將含有特定官能團的單體直接進行聚合進而合成出功能化材料,后修飾方法是對已聚合形成的多孔材料再進行官能團的修飾以此獲得功能化材料。相比于后修飾手段,原位合成方法得到的功能化多孔材料中設定的官能團的含量更加可控,分散更加均勻。本文的主要內容就是利用原位合成的方法分別合成對C_2H_6和C_2H_4、CO_2具有特異性吸附和分離性能的兩類功能化多孔有機骨架材料PAF-73-V_(X%)和PAF-74-NH_2。首先,我們選擇雙鍵官能團,通過兩步有機反應合成了2,5-二乙烯基對苯二甲醛,將其與無功能性基團的對苯二甲醛按照不同摩爾比例與單體四氨基四苯基甲烷通過席夫堿反應進行聚合得到含有不同比例雙鍵官能團的多孔有機骨架材料PAF-73-V_(X%)。通過紅外、固體核磁等一系列基本表征證明材料成功的被合成出來。氮氣吸附結果表明PAF-73-V_(X%)均具有較高的比表面積,數(shù)據(jù)顯示雙鍵的引入,材料的比表面積有所下降。由于材料中含有雙鍵官能團,可能會對乙烯產生較強的相互作用,為此我們進行了C_2H_6和C_2H_4的吸附性能測試,結果表明,隨著材料中雙鍵含量的增加,C_2H_6和C_2H_4的吸附量也逐漸增大,這說明向材料中引入雙鍵官能團可以顯著提高材料對C_2H_6和C_2H_4的吸附能力。其次,我們選擇氨基官能團,將2-氨基-4,4’-二溴聯(lián)苯和4,4’-二溴聯(lián)苯分別與1,3,5-三(4-乙炔苯基)苯通過Sonogashira-Hagihara反應進行聚合得到PAF-74-NH_2和PAF-74。通過一系列基礎表征證明材料成功合成并完好地保留了氨基官能團。PAF-74-NH_2和PAF-74的比表面積分別可達到918、1230 m~2/g,孔徑分別約為1.31 nm、1.72 nm,并且具有較高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。隨后,我們分別對PAF-74和PAF-74-NH_2進行了CO_2和N_2吸附測試,結果顯示兩種材料對CO_2/N_2均具有一定的分離效果,但是功能化的PAF-74-NH_2對CO_2/N_2的效果分離明顯優(yōu)于PAF-74。此外,PAF-74-NH_2對CO_2/CH_4也具有良好的分離效果。以上結果表明,向多孔有機骨架材料中引入氨基官能團可以得到具有良好CO_2分離效果的功能化多孔材料。綜上所述,本論文我們采用原位合成的方法,選定雙鍵和氨基兩種官能團,合成了兩類功能化的多孔有機骨架材料PAF-73-V_(X%)和PAF-74-NH_2,這些材料均具有較高的比表面積和熱化學穩(wěn)定性,同時,雙鍵功能化的PAF-73-V_(X%)材料表現(xiàn)出增強的C_2H_6、C_2H_4吸附能力,氨基功能化的PAF-74-NH_2對CO_2、CH_4、N_2氣體具有一定的分離效果。
【學位授予單位】：東北師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.4;TQ424
【圖文】：

圖 1-1 分子篩的形成過程示意圖圖 1-2 a 為 MOF-5 的結構模擬示意圖；b 為 MOF-5 的拓撲結構示意圖1.2 多孔有機骨架材料的分類近些年來，由純有機成分組成的多孔有機骨架材料 POFs 因其優(yōu)異的性能而逐漸引

圖 1-2 a 為 MOF-5 的結構模擬示意圖；b 為 MOF-5 的拓撲結構示意圖1.2 多孔有機骨架材料的分類近些年來，由純有機成分組成的多孔有機骨架材料 POFs 因其優(yōu)異的性能而逐漸引起研究者們的廣泛關注與研究并登上多孔材料的舞臺[20]。多孔有機骨架材料主要由輕元素（C、H、O、N、B 等）通過不同的鍵連方式組成[21-22]，因此多孔有機骨架材料的種類較多，那么根據(jù)鍵連方式、組成以及功能的不同主要可以分為以下幾種：超交聯(lián)聚合物（Hyper-Crosslinked Polymers，HCPs）[22]、共軛微孔聚合物（Conjugated MicroporouPolymers，CMPs）[23]、共價三嗪骨架（Covalent Triazine Frameworks，CTFs）[24]、固有微孔聚合物（Polymers Intrinsic Microporosity，PIMs）[25]、共價有機骨架聚合物（CovalenOrganic Frameworks，COFs）[26]、多孔芳香骨架材料（PorousAromatic Frameworks，PAFs[27]等。

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本文編號：2737504