共价三嗪骨架材料的合成及其二氧化碳吸附与转化研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwedddessf
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近年来,大气中CO2浓度的不断增加导致全球变暖,严重危害自然生态系统的平衡和人类的居住环境。因此,CO2捕集技术的发展受到了广泛的关注,同时CO2作为一种C1资源,具有廉价、无毒、易获取、可再生等优点。如何将CO2变废为宝,转换成高附加产品是近年来的研究热点。共价三嗪骨架材料(CTFs)作为一种功能性多孔材料,其主要的结构特征是具有平面π共轭的芳香族1,3,5-三嗪环,并具有较高的比表面积、高含氮量以及化学和热稳定性。以CTFs为前驱体经过高温活化得到的多孔碳是一种以碳元素为基体的具有孔状结构的材料,其热稳定性高、比表面积大、孔道结构丰富。CTFs和多孔碳材料在吸附分离、催化、能源等诸多领域都展现出应用前景。本论文以2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪为结构基础,构建具有丰富含氮官能团的CTFs以及具有丰富孔道结构的多孔碳材料,探究其CO2吸附分离和催化转化性能。1.通过AlCl3催化的Friedel-Crafts反应制备含氟CTF(2F-CTF),并以2F-CTF为前驱体,在KOH活化,不同温度下制备多孔碳材料df-CTF-KT。C-F可以在碳化过程中生成CFn来蚀刻前驱体的骨架以提高孔隙率。与前驱体2F-CTF相比,df-CTF-K700表现出更高的比表面积和微孔率(1914 vs 1122 m~2 g-1和0.633 vs 0.282 cm~3 g-1),从而增加了1 bar条件下CO2吸附量(391 vs 215 mg g-1273 K和218 vs 101 mg g-1 298 K)。df-CTF-K700对CO2的吸附能力明显优于已报道的大多数多孔碳和其他多孔吸附剂。同时也合成了一种未氟化的CTF(Ph-CTF)及其碳化产物Ph-CTF-K700,以了解氟在CTF和多孔碳材料中的重要作用。2.通过AlCl3催化的Friedel-Crafts反应制备中性CTF,再利用取代反应后修饰法合成了一种咪唑基阳离子型共价三嗪骨架材料Im Br-CCTF,采用多种手段对所得材料的结构进行了表征。所合成的Im Br-CCTF具有较高的比表面积(484 m~2 g-1),而且骨架中亲电的咪唑阳离子和亲核的Br阴离子发挥协同作用使其成为一类多相催化材料。Im Br-CCTF作为无金属的多相有机催化剂,可在温和条件下(90℃,0.1 Mpa CO2)有效地将CO2与环氧化物转化为环碳酸酯。该催化剂稳定性高,催化活性显著,可循环使用。同时也提出了CO2与环氧化物在Im Br-CCTF上环加成反应的可能催化机理。
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