共轭微孔聚合物的设计、合成及其在CO2捕获和分离方面的性能研究

来源 :吉林师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:test1987
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
共轭微孔聚合物(conjugated microporous polymers,CMPs)作为新兴的有机微孔材料,由于其高的比表面积(据报道PPN-4高达6461 m2/g)、低的骨架密度(基本是由轻元素C、N、B、H组成)、骨架的可修饰性、孔径的可调性、优异的热稳定性(TGA分析一般都是从350oC或者更高温度开始分解)、良好的化学稳定性(不溶于常见的有机溶剂和强酸强碱),以及合成方法的多样性(如Suzuki偶联反应、Yamamoto偶联反应、Sonogashira-Hagihara偶联反应、Glaser偶联反应、Lewis酸催化环三聚反应、亚胺反应和环硼氧烷反应等)等优异的性质,使其在气体储存与分离、催化、化学传感、能量存储等方面存在着广泛的应用前景。本论文采取了Sonogashira-Hagihara,Yamamoto和Suzuki偶联反应,通过选择具有不同结构特点的有机单体作为建筑结构单元,成功合成了一系列三维有机多孔骨架材料。系统地研究聚合物骨架结构、支化程度、连接单元的长度及几何构型变化对共轭微孔聚合物材料的比表面积、孔体积、孔径尺寸等孔性能的影响,并且探索了该类材料在气体存储方面的性能。第一章主要陈述有机多孔聚合物的分类及研究发展概况,以及其在气体储存、分离、催化等方面的优良性能。此外,我们还简单讨论了共轭微孔聚合物的分类及其在人们生活中的应用。第二章主要说明本论文完成的主要表征手段和实验使用试剂。第三章中,通过Sonogashira-Hagihara偶联反应,以2,5-二溴-3-羧基-噻吩为基本构建筑单元,分别和1,3,5-三乙炔苯、四乙炔苯甲烷、四乙炔苯乙烯反应,制备了含有杂原子S和羧基官能团的共轭微孔聚合物。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、13C固体核磁、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)、比表面积(BET)分析、二氧化碳吸附分析对所合成的新型含噻吩和羧基官能团的CMPs进行了化学组成、形貌、热稳定性、孔性能和气体存储性能的研究,发现它们具有较高的比表面积,SCMP-COOH@1的比表面积高达911 m2/g,微孔比表面积为473 m2/g,较小的孔径尺寸(0.5-0.7 nm),较大的二氧化碳吸附热34 kJ/mol。在273 K1.05 bar的条件下,聚合物SCMP-COOH@1吸附CO2量为94 mg/g;在318K 60 bar的条件下,聚合物的二氧化碳吸附量最高可达812 mg/g。并且通过模拟烟道气体组要成分(氮气:二氧化碳=(85:15)(v:v)),在273 K条件下应用理想吸附溶液理论(idea adsorption solution theory,IAST)算出CO2/N2的选择性为35.7-24.8。第四章中,通过Sonogashira-Hagihara、Suzuki以及Yamamoto偶联反应,以1,3,5-三-(3,5-二溴苯基)-苯为构筑基本单元,分别和多种炔键单体(1,4-二乙炔苯、1,3,5-三乙炔苯、四乙炔苯甲烷、四乙炔苯乙烯)、硼酸单体(1,4-对苯二硼酸。4-4"联苯基二硼酸)反应,制备了一系列CMPs材料。通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、13C固体核磁、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)、比表面积(BET)分析、二氧化碳吸附分析对上述所合成的新型CMPs材料进行了化学组成、形貌、热稳定性、孔性能和气体存储性能的研究,发现其形貌为微米到纳米级球状固体,虽然排列是无序的却具有均一的孔径尺寸,孔径主要分布在0.46-0.70 nm之间,比表面积为570-1150 m2/g,该类聚合物对甲烷和二氧化碳吸附量最高达到20 cm3/g和81cm3/g。我们通过模拟烟道主要气体成份(氮气:二氧化碳=(85:15)(v:v)),在273 K条件下应用理想吸附溶液理论(idea adsorption solution theory,IAST)算出CO2/N2的选择性在21.2-48.9之间,这非常适合在燃烧后捕获二氧化碳方面的应用。此外,在二氧化碳比甲烷的摩尔比为50:50的条件下,CO2/CH4的选择性为4.1-5.8,这在天然气分离方面也是一个潜在的应用。
其他文献
质子交换膜燃料电池因为其具有能量转化率高、无污染、启动快等优点而具有可观的市场应用前景。对树状分形微流道PEMFC内部物质传递过程进行数值分析,能更清楚的了解电池性能
天然气水合物作为一种新型清洁能源,受到了世界各国的广泛重视,美国、日本等国家已经将水合物开发列入国家发展战略。美国计划在2015年进行水合物的商业化试开采,而日本早在2
热障涂层(Thermal Barrier Coatings,TBCs)是为了满足航空航天发展向着高流量比、高推重比发展的需求,利用陶瓷材料的耐高温,低导热率的特点,将陶瓷相与金属基表面复合,提高
塔里木盆地玉北地区位于和田古隆起的斜坡部位,奥陶系碳酸盐岩古岩溶作用发育。但由于受多期、多类岩溶作用叠加改造的影响,储层的非均质性较强,缝洞层的发育规模及空间分布
为进一步提高催化精馏塔的性能,提出了两种新型内构件结构,在自行研制的催化精馏冷模实验装置中,以空气-水为实验体系,对两种新型内构件的流体力学性能进行冷模实验研究和比
边坡分析过程中不可避免地存在多种不确定性,如岩土体材料的变异性和计算模型的不确定性等,传统的确定性设计方法采用安全系数通过试算方法确定合理的设计方案,很难反映设计
作为一种既安全又实用的被动阻尼控制减震技术,基础隔震技术已在低、多层建筑中大量采用,在提高抗震性能和降低造价上取得了较好的效果,并逐渐应用于高层、超高层建筑。高层
随着酶工程、基因工程以及蛋白质组学的不断发展,脂肪酶在手性药物中间体合成中的应用变得更为广泛。如何高效快速地从生物体内提取具有立体选择性的脂肪酶已成为生物学领域
头孢托仑酯是一种重要的β-内酰胺型头孢菌素类药物,常用于治疗肺炎、尿路感染、败血症、脑膜炎等严重感染。传统的头孢托仑酯合成方法会使用大量有机溶剂和腐蚀性较强的催化
工作区位于安多县西北约150公里,工作区北起尕尔、南至多增木,西起达卓玛、东至尕尔巴阖尔,面积700km~2。行政区划隶属安多县岗尼乡管辖。测区位于羌塘高原东南部,俗称南羌塘