疏水多孔聚离子液体材料的HIPE模板法制备及其性能研究

发布时间：2020-03-24 05:33

【摘要】：多孔聚离子液体(Porous PILs)作为一类新兴的离子型多孔材料,集中了离子液体、聚合物和多孔材料的优势,具有离子交换性、高电荷密度、高孔隙率和可加工性等特点,从而在碳材料制备、吸附与分离、催化和智能响应材料等多个领域具有广泛的应用前景。相比于其他多孔材料,Porous PILs材料自身孔道带电性质使其可以通过离子交换广泛调节和改变物理化学性质,因而具有更强的适用性,在各种应用中更具优势。目前,高内相体积比乳液(HIPE)模板法是制备多孔材料的一种非常重要的方法。HIPE是分散相体积大于74%的一类乳液,通常将其连续相聚合,便可获得具有高度相互贯通的多孔材料(PolyHIPE)。目前,PolyHIPE材料涉及的单体主要是苯乙烯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺等电中性单体,而关于离子液体单体的相关报道很少。仅有的几个报道中使用分散相为超临界C02的HIPE制备Porous PILs材料,此过程虽然分散相去除相对容易,但需要专门的设备和苛刻的实验条件,尤其需要合成特殊的含氟表面活性剂。另外几个工作中通过O/W HIPE模板制备了亲水的Porous PILs材料,但在材料干燥中有机溶剂的释放,不仅增加材料制备成本也造成环境污染。因此,发展一种简单、绿色且经济的HIPE模板法制备Porous PILs材料具有重要意义。同时,也面临着很多挑战,如:如何选择合适稳定剂制备稳定HIPE,如何精确调控材料的孔道结构,如何减少甚至不排放有机溶剂。基于以上研究现状和本实验室长期致力于液-液稳定界面的相关研究,本学位论文以实验室双亲胆固醇类衍生物(Chol-OH)的设计与合成工作为基础,用Chol-OH为稳定剂制备了一类W/O HIPE,并以形成的HIPE为模板制备了一系列内部孔道结构可调的Porous PILs材料。最重要的是,本工作中的HIPE不含不参与反应的有机溶剂,因此在材料的制备过程减少了有机溶剂的释放,更为符合现在绿色化学的要求。与此同时,实验结果证明本工作制备的Porous PILs材料不仅可以作为制备多孔碳材料的有效前驱体,也可以作为有机溶剂中阴离子型染料的高效吸附剂。具体来讲,主要开展了以下两个方面的工作:第一部分工作是通过HIPE模板法制备了一系列多孔结构的疏水性聚离子液体块体材料。首先,以(1-烯丙基-3-乙烯基咪唑双(三氟甲烷黄酰)亚胺盐)为单体制备了一系列化学组成不同的W/O HIPE。流变学研究结果表明,不同油水比乳液的机械稳定性不同,且油水比为1:4的体系最为稳定,同时,此体系表现出很高的贮存稳定性,可在室温下放置四个月未出现任何分相和流动现象。在此基础上,以分散相体积为80%的乳液体系为例,进一步研究稳定剂含量、引发剂类型、交联剂含量等对聚离子液体材料孔道结构的影响,结果表明可根据以上条件的改变来精细调控材料的孔道结构。其次,接触角实验表明多孔聚离子液体材料具有超疏水性质(接触角大于150°)。第二部分工作主要研究所得疏水Porous PILs材料在碳材料制备和染料吸附分离中的性能。首先是在不同温度下碳化Porous PILs前驱体以获得不同程度石墨化的碳材料。碳化的块体材料几何外形虽有明显收缩,但并未塌陷和破裂,进一步通过SEM测试可知PILs材料的多孔结构在高温碳化过程中也保持较好。此外,BET测试结果证明了碳材料具有丰富的微孔结构,以上结果都表明了我们制备的Porous PILs材料是多孔碳材料的高效前驱体。此外,运用XPS、XRD和TEM表征手段分析了多孔碳材料的元素组成和碳的堆积方式,结果表明800 °C下碳化的材料石墨化程度更高且具有更好地结晶度。其次,以第一部分工作制备的疏水多孔聚离子液体材料为吸附剂,研究甲醇中的阴离子型染料(二甲酚橙、甲基橙或橙黄II)的吸附分离效率,结果表明对二甲酚橙的去除效率最好,可高达92.8%。Porous PILs与阴离子染料之间的静电相互作用是使得其对于阴离子染料有高效吸附性能的本质原因。显然,本工作制备的Porous PILs材料能够有效去除有机溶剂中阴离子型杂质,也可以预计其在混合染料中选择性吸附阴离子型染料方面会有出色的表现。
【图文】：

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陕西师范大学硕士学位论文逡逑为聚阳离子、聚阴离子或聚两性离子多孔聚合物，，如图１－１。其中，阳离子型多孔逡逑聚合物因合成更为方便和功能多样性而得到广泛研究。目前，可通过多种制备方逡逑法，比如硬模板法［４，５］、乳液模板法［６］、静电络合［７］等，获得不同宏观形态（如块逡逑体、颗粒、膜等）的Ｐｏｒｏｕｓ邋ＰＩＬｓ材料。不同形式的多孔ｎＬｓ材料使得其已经在生逡逑物技术［８］、吸附［９］、碳材料［１（）］等领域表现出良好的应用前景。ＰｏｍｕｓＨＬｓ材料制备逡逑融合了离子液体化学、聚合物科学和多孔材料等多个领域，虽然可获得丰富结构逡逑和功能的多孔聚合物材料，然而材料的可控制备仍存在很多挑战，比如如何获得逡逑均匀的孔道结构、如何控制骨架电荷密度等问题。因此，探索Ｐｏｒｏｕｓ邋ＰＩＬｓ的可控逡逑制备新方法和新策略仍然是此领域的关键，且对于其相关研究具有重要的研宄价逡逑值。逡逑１．１．２聚离子液体块体材料逡逑根据文献报道，？0＿３？１１＾大致可分为四类：块体［１｜－１４］、颗粒［１８＿２１】、薄膜［２４＿２６］逡逑和凝胶［２７＿３Ｑ］

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陕西师范大学硕士学位论文逡逑为聚阳离子、聚阴离子或聚两性离子多孔聚合物，如图１－１。其中，阳离子型多孔逡逑聚合物因合成更为方便和功能多样性而得到广泛研究。目前，可通过多种制备方逡逑法，比如硬模板法［４，５］、乳液模板法［６］、静电络合［７］等，获得不同宏观形态（如块逡逑体、颗粒、膜等）的Ｐｏｒｏｕｓ邋ＰＩＬｓ材料。不同形式的多孔ｎＬｓ材料使得其已经在生逡逑物技术［８］、吸附［９］、碳材料［１（）］等领域表现出良好的应用前景。ＰｏｍｕｓＨＬｓ材料制备逡逑融合了离子液体化学、聚合物科学和多孔材料等多个领域，虽然可获得丰富结构逡逑和功能的多孔聚合物材料，然而材料的可控制备仍存在很多挑战，比如如何获得逡逑均匀的孔道结构、如何控制骨架电荷密度等问题。因此，探索Ｐｏｒｏｕｓ邋ＰＩＬｓ的可控逡逑制备新方法和新策略仍然是此领域的关键，且对于其相关研究具有重要的研宄价逡逑值。逡逑１．１．２聚离子液体块体材料逡逑根据文献报道，？0＿３？１１＾大致可分为四类：块体［１｜－１４］、颗粒［１８＿２１】、薄膜［２４＿２６］逡逑和凝胶［２７＿３Ｑ］
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O647.3

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