有机多孔聚合物的合成及其吸附性能研究

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有机多孔聚合物有着较大的比表面积、孔径可控、骨架密度低、良好的化学物理性、可修饰性以及制备方法多样性等特点在气体吸附和蛋白质吸附方面取得了很大的进展。孔结构包括孔径、孔径分布、总孔容和微孔孔容等直接影响着气体或蛋白质的吸附性能。制备与调控功能化的有机多孔聚合物,也是当前多孔材料研究的一个热点。了解孔结构与吸附性能的相互关系,可为制备高效气体存储/分离、蛋白质纯化材料提供相关理论依据,对推动能源、环境和生物医学等领域的发展具有重要的现实意义。本论文利用有机多孔聚合物与离子液体在温室气体CO2吸附/分离方面的优势,制备了几种离子液体功能化的超交联多孔聚合物,研究了其结构与气体吸附性能;利用click chemistry与卟啉的结构特性,制备了两种不同孔结构的含卟啉多孔聚合物,研究了其蛋白质吸附性能。主要得到了以下结果:(1)以对氯甲基苯乙烯和咪唑型离子液体为构筑单元,利用Friedel-Crafts烷基化反应合成了八种离子液体功能化的超交联多孔聚合物。BET比表面积在447m2/g到647m2/g之间,Langmuir比表面积在609m2/g到994m2/g之间,孔径在2nm到5nm之间,且孔结构为狭缝孔;离子液体含量为7mol%或11mol%;形貌为无规则球状。在273K和1bar条件下,离子液体功能化超交联多孔聚合物CO2的最大吸附量为7.56wt%,CO2的最大等量吸附热为30.6KJ/mol,H2的最大吸附量为0.92wt%,选择性(CO2/N2)最大为47.9。相比于不含离子液体超交联多孔聚合物,在离子液体含量为11mol%的情况下,CO2的吸附量提高1.63wt%(273K),等量吸附热提高了10KJ/mol,选择性(CO2/N2)提高了20,展现出对气体良好的吸附分离性能。(2)以卟啉为构筑单元,利用click chemistry合成了两种含卟啉多孔聚合物。PPs-Zn为介孔材料,BET和Langmuir比表面积分别为18m2/g和25m2/g,最可几孔径为18nm;PPs-Co是大孔材料,BET和Langmuir比表面积分别为0.5m2/g和0.6m2/g,最可几孔径为90nm;孔结构均为狭缝孔。含卟啉多孔聚合物对蛋白质的吸附量高于其他吸附材料,对牛血清蛋白(BSA)、人纤维蛋白原(HFg)、脂肪酶和溶菌酶的最大吸附量分别为670mg/g、3010mg/g、409mg/g和507mg/g。固定化脂肪酶和溶菌酶的比活性最大分别为0.1U/mg和4.8U/mg;固定化脂肪酶重复使用六次,PPs-Zn相对活性依然在40%左右,PPs-Co相对活性依然在20%左右。研究发现孔尺寸与脂肪酶分子尺寸越接近,利于固定化脂肪酶的缓慢释放和构象保持;而对于固定化的溶菌酶,孔尺寸越大,活性和热稳定性越高。
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