【摘 要】
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作为一类长程有序的多孔聚合物,共价有机框架(Covalent Organic Framework,COF)通常是由对称性单体通过可逆反应构建构而成,其通过拓扑结构设计的方式使这类聚合物具有规则的孔道分布和可调控的孔径特征,使其在吸附应用方面具有巨大的潜力。此外,其所具有的永久性孔径可通过化学修饰达到高选择性吸附的目的。这种独特的性能为高效低能过滤水中的分子污染物提供了可行的策略,因此,已经有越来越
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作为一类长程有序的多孔聚合物,共价有机框架(Covalent Organic Framework,COF)通常是由对称性单体通过可逆反应构建构而成,其通过拓扑结构设计的方式使这类聚合物具有规则的孔道分布和可调控的孔径特征,使其在吸附应用方面具有巨大的潜力。此外,其所具有的永久性孔径可通过化学修饰达到高选择性吸附的目的。这种独特的性能为高效低能过滤水中的分子污染物提供了可行的策略,因此,已经有越来越多的COF应用在含有各种污染物的水处理当中,包括持久性有机污染物、有毒金属、放射性废物等在内的多种污染物的水体修复。COF可通过物理或化学吸附较小的分子来显示它们作为吸附剂的作用,而且能够很好地分散在溶剂中。然而,COF的颗粒状也是其不可避免的固有缺陷,导致COF的应用范围有着一定的限制。例如尽管COF在溶剂中有着不溶性和良好的分散性,但也限制了其加工成有用的实际产品的能力;并且在水处理的各个环节中,COF粉末具有许多不便的地方,例如转移、回收等。因此,寻求创新的方法赋予COF更多的属性和功能以满足实际应用的需求是至关重要的。通过合适的策略,将COF制备成颗粒状、泡沫状、薄膜或者膜等宏观体相材料是一种行之有效的手段。更重要的是,制备的宏观材料能够显示出COF固有的特性,例如分子的有序排列、规则的纳米通道、低重量密度以及良好的热稳定性和化学稳定性,而且还能够兼顾另一种基质的特性,甚至通过协同作用达到超越原来分组的本体性能。因此,现在有越来越多的研究将COF与其他材料复合,COF复合材料的使用范围也越来越广泛。基于此,本文提出了利用高分子材料高强度、高韧性、耐腐蚀等的特性,将COF与高分子材料复合,探究在吸附分离方面的应用。具体开展的研究工作如下:(1)开发了一种简便的、普适性的COF@海藻酸复合小球的制备方法。通过这种方法,可以简便地获得三种不同COF的复合小球,而且小球的尺寸和COF的含量是可以调控的。独特的结构特征使制备的复合小球对水溶液中的铀表现出良好的吸附性能。(2)以壳聚糖天然高分子作为载体,将壳聚糖制备成块状的海绵结构,再在海绵上利用原位生长COF Tp Pa-1的方式,使得Tp Pa-1和壳聚糖形成Tp Pa-1@壳聚糖海绵复合材料。利用SEM、FT-IR和PXRD等表征手法观察了Tp Pa-1@壳聚糖复合海绵的形貌、尺寸和组成等。该复合海绵在水溶液中对内分泌干扰物双酚A具有一定的吸附性能。(3)聚丙烯腈是物理和化学性能最好的粘结剂之一,采用简便的方法将Tp Pa-1与聚丙烯腈制备成尺寸均匀且可调的复合小球。加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮有利于Tp Pa-1的充分分散,使得Tp Pa-1在聚丙烯腈小球中分布均匀。采用PXRD、SEM、FT-IR等各种表征手法得到了复合小球的形貌尺寸、组成等信息,并探究了对碘蒸汽的吸附性能。
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