基于超交联多孔聚合物制备多孔碳及其吸附性能研究

来源 :福建师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jasonmcp
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因具有较大的比表面积和大的孔体积,最近几年,多孔材料引起了人们研究的热潮,已被应用于包括环境、储能等的多个领域。其中多孔碳材料具有大的比表面积、丰富的孔洞和易于制备的优点而受到热切的关注,并在气体捕获、挥发性碘和有机染料吸附等方面表现出优异的性能。多孔碳材料除了碳骨架外,还可以引入氧、氮、硫等杂原子,使其具有更为综合优异的性能。本论文用合成超交联多孔聚合物作为前驱体,利用KOH活化碳化的方法制备了掺杂氧、氮、硫等杂原子的多孔碳。首先选用萘的衍生物(2-萘酚、2-甲氧基萘、2,3-羟基萘、1,1’-联二萘酚)为单体,利用Friedel-Crafts反应合成了超交联多孔聚合物,以之为前驱体,通过KOH活化碳化的方法制备了多孔碳。发现其比表面积在944 m2 g-1和2755 m2 g-1之间,具有高微孔率。其中CHPN-3能够达到739.1 wt%的碘蒸气捕获和从碘/环己烷溶液中吸附碘能够达到254 mg g-1;以及从水溶液中吸附孔雀石绿的容量能够达到862.5 mg g-1,是处理环境污染物比较优异的材料。进而我们选用具有含氮化合物(2-氨基噻唑、2-氨基苯并噻唑、2-氨基苯并咪唑、3-氨基-1,2,4-三氮唑)为构建单元,用Friedel-Crafts反应制备了超交联含氮多孔聚合物,其比表面积仅在120 m2g-1至401 m2g-1之间,然而对碘蒸汽具有优异的捕获能力,SZ能够达到502 wt%的碘蒸气捕获,超过所报道的多孔聚合物材料。对染料也有一定的吸附效果,其中BBSZ能够将亚甲基蓝和曙红混合溶液吸附至无色,可吸附140 mg g-1的混合染料,而SZ、SanZ更易于吸附酸性染料;而BBMZ更易于吸附碱性染料,因此可以实现不同染料的选择性吸附。最后我们以含氮多孔聚合物为前驱体通过KOH活化碳化法制备了氮掺杂多孔碳材料。其比表面积在1443 m2g-1和2041 m2g-1之间,BBMZ800具有吸碘速率快且摄取量最大的优点,最大摄取量可达631 wt%并能快速释放,从碘/环己烷溶液中吸附碘的吸附率最大为SanZ800,吸附容量能够达到231 mg g-1。同时碳材料既能够从水溶液中吸附碱性染料(MB)又能够吸附酸性染料(HE),BBMZ800对MB的吸附量最多为435 mg g-1,而SZ800对HE的吸附量超过500 mg g-1。这类氮掺杂多孔碳材料具有多种吸附性能,可将其作为捕获放射性碘及水中有害染料去除的有效吸附剂,有潜力成为处理环境污染的新型材料。
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