含羟基多孔芳香骨架材料的合成及性质研究

发布时间：2020-03-17 18:22

【摘要】：随着社会的迅速发展,为满足人们对资源可持续发展的需要,科学工作者不断地研究探索。其中,作为多孔材料的重要一员,多孔芳香骨架材料(Porous Aromatic Frameworks,简写为PAFs)是完全的通过非常稳定的共价键以芳香环相连接形成的,因此它不仅具有非常高的比表面积、良好的孔结构、非常强的热稳定性以及优异的物理和化学稳定性,它还具有可调控的孔道和可设计的结构,近十年备受关注。本论文主要设计合成一种新型功能化的多孔芳香骨架材料PAF-80,并研究其在质子传导、气体吸附与分离以及废水处理方面的应用。首先,我们制备了平面型具有三羟基官能团的单体1,3,5-三羟基-2,4,6-三溴苯。通过钯催化Sonogashira-Hagihara反应将其与1,3,5-三乙炔基苯进行偶联,成功制备了具有多羟基官能团的多孔芳香骨架材料PAF-80。通过红外光谱、XRD表征手段分析了PAF-80的结构,通过SEM、TEM表征手段说明了PAF-80的形貌,通过热重表征手段研究了其热稳定性。其次,对该材料进行了亲水性测试及质子传导率测试发现,PAF-80的接触角为27°并对水蒸气有较好的吸附能力,具有良好的亲水性。PAF-80(40%)与PVP(聚乙烯吡咯烷酮)复合膜在97%湿度,328K的情况下,质子传导率达2.31×10-5S cm~(-1),这说明PAF-80在质子传导应用中具有较好的前景。再次,通过对材料的孔性质的研究表明,该材料具有较高的比表面积,BET达937m2/g。通过研究其对CO_2和N_2吸附,我们发现PAF-80对CO_2具有较高的吸附量,对CO_2/N_2具有吸附选择性,而且对CO_2表现出较高的吸附热(26k J mol~(-1)),由Henry's law模拟计算得到CO_2/N_2的分离比为21.40。由此,表明该材料可用于CO_2的储存及CO_2/N_2的分离,开发了该材料在环境能源方面的应用。最后,PAF-80对含Pb(Ⅱ)化合物具有较好的吸附能力,通过测试其对含Pb(Ⅱ)化合物的吸附性能,我们发现,在碱性条件下其吸附量高达1784mg/g,并可循环利用,效果基本不变,这对于碱性废水的处理具有重要意义。
【图文】：

结构模拟

东北师范大学硕士学位论文得出多孔材料中电子云密度与含氮量对二氧化碳能产生特异性吸附[52]。甲烷气体，分子直径 0.414nm，作为天然气的主要成分，现已进入每家每户甲烷的储存，目前 COF-102 是甲烷吸附最大的材料，其合成是由 TBPM 基块自对甲烷吸收可达 187mg/g；COF-103 则由 TBPS 基块自聚而成，与 COF-102 不同于其中心原子为 Si，故形成的多孔有机材料对甲烷的吸收不同，为 175mg/g[46]李忠平组发表的材料 ACOF-1 是亚胺形成的多孔材料，其甲烷吸附在 273 K，111.63mg/g；朱广山组合成的材料 PAF-45-PAF-49[53]，也对甲烷进行了吸附，，在 2对甲烷的吸收分别能达到 26cm3/g，29cm3/g，26cm3/g，23cm3/g，35cm3/g。氨气，碱性气体，具有路易斯碱的特性，可以与路易斯酸进行配位，从而被吸收。COF-10 是由具有硼酸基的单体与邻苯二酚衍生物 HHTP 单体聚合，形成的硼酸酯类的多孔有机材料，硼酸作为路易斯酸位点，与氨气配位，吸附量在1bar 下达 15mol/kg，是目前吸收氨气最大的有机多孔材料[45]。

形貌,结构模拟,光致发光

图 1-8 FeP-CMP 的结构模拟图.3 光电光电应用包括：光致发光、传感器、质子传导。光致发光是指物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导致发光的2008 年江东林组合成了第一例能够光致发光的有机多孔材料 TP-COF[56]，它是利酯的反应合成的，具有规则带状形貌的，能够发蓝光的材料。当以 340nm 和 376
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.4

【参考文献】