多孔聚离子液体的合成与应用

发布时间：2020-08-12 06:40

【摘要】：离子液体(ionic liquids,ILs)是指在室温下或接近室温下为液态的有机熔融盐,具有挥发性低、热稳定性和化学稳定性好、电化学窗口宽等优点,在化工、能源、生命科学等领域有着广泛的应用前景。聚离子液体(Poly(ionic liquid)s,PILs)是指结构中含有离子液体结构单元,兼具离子液体和聚合物性质的一类聚合物。以聚离子液体为基础发展出的多孔聚离子液体(Porous ILs),是将多孔结构引入聚离子液体结构中制备出的新型功能材料。由于多孔聚离子液体兼具了多孔材料比表面积大和聚离子液体多功能性的特性,在高效催化、智能响应、能源器件和环境保护等方面有着广泛的应用。本论文主要研究工作如下:1)咪唑盐多孔聚离子液体的分子设计、合成及重金属离子吸附。设计合成了具备不同亲疏水性质的咪唑盐离子液体单体(IL-Br,IL-PF_6),通过调节亲水性离子液体(IL-Br)和疏水性离子液体(IL-PF_6)的比例,利用光聚合制备多孔聚离子液体膜材料。实验结果表明:当n(IL-Br):n(IL-PF_6)=7:3(摩尔比)时,多孔聚合物比表面积最大;该多孔聚离子液体膜对常见重金属离子(如Hg~(2+),Pb~(2+),Cu~(2+),Zn~(2+)等)都有着较好的吸附效果,多次重复使用后吸附量无明显下降,显示出较好的循环使用稳定性。2)合成制备了聚离子液体接枝的聚丙烯纤维(PP@PIL),通过离子交换聚离子液体阴离子,调节其表面亲疏水性。研究结果表明:PP@PIL分离膜具备优异的可控油水分离效果(分离率99%),优异的选择性染料吸附效果(吸附量=410mg/g),并且对革兰氏细菌表现出良好的抗菌效果。该材料在可控油水分离、染料吸附、抗菌方面的功能与特性,在水污染的综合处理方面有着较好的应用前景。
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O631.4
【图文】：

聚离子,液体膜,二氧化硅,阴离子

第一章多孔聚离子液体的合成与应用图 1-3b)[69]。利用该方法制备的多孔聚离子液体可通过阴离子交换(如 NO3 、BF4 、ClO4 和 Tf2N 等)进一步调控孔径大小。例如，将 Br (见图 1-3b)交换为 Tf2N ，聚离子液体的孔径明显减小(见图 1-3c)。同时，随着孔径的减小，所制得的多孔聚离子液体膜光吸收蓝移，呈现不同的颜色变化。利用硬模板法制备多孔聚离子液体方法简便，且孔分布规整，但在聚合固化时需要对聚合物进行高度交联，防止在模板刻蚀过程中聚合物的多孔结构坍塌。

SEM图,聚离子,孔结构,多尺度

图 1-4 (a-c)以 P123 为模板制备的多尺度孔结构的多孔聚离子液体的 SEM 图[73]1.2.2 无模板法尽管模板法可以制备孔结构规整的多孔聚离子液体，但其制备过程中需要加入刻蚀剂来去除模板，而刻蚀剂通常会破坏其多孔结构，造成孔结构的收缩、变形甚至坍塌。此外，由于受模板剂限制，通过模板法制备的多孔聚离子液体往往比表面积较小(< 220m2 g-1)。而利用无模板法(Template-free)制备多孔聚离子液体不仅可以克服以上问题，而且前期无需制备模板，后期也不需要刻蚀，使得操作更加简易高效。利用无模板法制备多孔聚离子液体的机理多是基于相分离的原理。如图 1-5a所示，利用亲水的离子液体与疏水的 DVB 进行共聚，即可制备多孔聚离子液体[39]。此外，通过调节亲疏水组分的比例，以及咪唑离子液体单体烷基链的长度(即

聚离子,液体,二乙烯基苯,无模

图 1-5 无模板法合成多孔聚离子液体：(a)离子液体单体与二乙烯基苯共聚制备多孔聚离子液体[39]； (b)阴离子离子交换法制备多孔聚离子液体[40]1.3 多孔聚离子液体的应用聚离子液体多孔聚离子液体兼具多孔材料比表面积大、孔径可控等特性，在超级电容器、智能响应性材料、选择性气体吸附、高效催化等领域有着广泛的潜在应用。1.3.1 智能响应性多孔聚离子液体智能响应性材料，即能随外界环境的改变(如温度、光照、pH、电场、磁场、溶剂等外力作用)，产生相应形态、透光度、电阻、电容等一系列物理变化的功能性材料。常用于外部环境的监测，如在气体泄漏、智能感应、电子皮肤等领域有着广泛的应用前景。传统的凝胶态响应性材料因受响应因子在其结构内部的渗透和扩散缓慢的限制，不仅响应速度较缓慢，而且响应形变量也较小；而基于多孔

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