咔唑基多孔有机聚合物的制备及其CO2吸附性能的研究

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多孔有机聚合物(Porous Organic Polymers,POPs)是由有机单元构建连接而形成的新型多孔材料,由于其具有质量轻、物理化学稳定性好等优点,成为气体分离、CO2捕集等的理想材料。本文围绕这一主题,制备了一系列咔唑基多孔有机聚合物材料并探究了它们对CO2吸附性能。  在理论计算的指导下,利用取代效应,选取了三种在吡啶环的不同位置取代咔唑基团的化合物Cz-Ps作为单体,用简单的FeC13催化氧化偶联反应制备了一系列吡啶咔唑基多孔有机聚合物P-PCz-1~3。其中,P-PCz-3拥有最好的CO2吸附性能,在273K,1bar条件下其CO2吸附容量达到了5.76mmol·g-1,其CO2/N2选择性达到了22(273K),结果表明材料具有极好的CO2吸附性能。  选取3,5-Cz-P作为单体,分别通过氧化偶联反应和Friedel-Crafts烷基化反应制备了两种吡啶咔唑基多孔有机聚合物P-PCz-OX和P-PCz-FC并探究了两者的CO2吸附性能,利用氧化偶联反应制备出的多孔有机材料P-PCz-OX具有更佳的CO2吸附性能,在273K、1bar条件下其CO2吸附容量达到了4.91mmol·g-1,高于大多数的咔唑基多孔有机聚合物吸附剂,P-PCz-FC的表现稍逊一筹,但也达到了3.56mmol·g-1。这两种聚合物都具很好的CO2/N2选择性。  选取三种不同的,结构更加复杂的咔唑基化合物Cz-DBPy、Cz-DBPz和Cz-TB。利用简单的一锅法氧化偶联反应制备了三种咔唑基多孔有机聚合物,由于单体结构发生了变化,引入了不同的亲CO2位点,导致制备出来的三种聚合物具有不同的物理化学性质和CO2吸附性能。三种材料的CO2吸附容量在1.7~2.3mmol·g-1(273K/1bar)。表明材料具有较好的CO2吸附性能。
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