[發(fā)明專利]一種利用星狀聚合物可控制備多孔碳材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710484008.3
• 申請(qǐng)日: 2017-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN107416823B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邱豐;劉玉萍;陳元海;韓生;韋煥明;錢煒;任濟(jì)夫;陳海軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F293/00
• 分類號(hào): C08F293/00;C01B32/318;B01J20/20;B01J20/30;B01D53/02
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 楊軍

本發(fā)明公開了一種利用星狀聚合物可控制備多孔碳材料的方法。本發(fā)明依次通過β?環(huán)糊精端羥基酰溴化、4?甲基苯乙烯原子轉(zhuǎn)移自由基(ATRP)聚合、NBS溴代、傅克酰基化交聯(lián)和高溫炭化的步驟，最終得到多孔碳材料。本發(fā)明中涉及的原料來源廣泛，同時(shí)ATRP聚合是一種高效的活性可控自由基聚合方法，后處理簡單，通過控制反應(yīng)條件即可有效控制多孔碳材料的孔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明所制備的多孔碳材料具有優(yōu)良的CO₂吸附性能，在氣體吸附領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用星狀聚合物可控制備多孔碳材料的方法。

背景技術(shù)

多孔碳材料具有化學(xué)穩(wěn)定性高、耐酸堿、耐高溫、導(dǎo)電、導(dǎo)熱等一系列特點(diǎn)，這類材料通常具有發(fā)達(dá)的孔隙、高的比表面積、高的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的耐熱、耐酸堿及獨(dú)特的電子傳導(dǎo)性質(zhì)，是現(xiàn)代工業(yè)中不可缺少的重要材料之一，廣泛應(yīng)用于吸附材料等。這就大大激發(fā)了廣大科研工作者探究其新的應(yīng)用以及新的合成方法的熱情。

硬模板法可利用模板的結(jié)構(gòu)導(dǎo)向作用制備多孔碳材料，由于其模板在基體材料中的占位作用，使得材料孔道的形貌以及尺寸的可控性大大得到了保障，但是，硬模板法制備多孔碳材料的過程當(dāng)中，后期需要刻蝕模板，使得多孔碳材料的孔結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此，近年來眾多研究者把目光投向軟模板法制備多孔碳材料的研究上來。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)硬模板法的不足，本發(fā)明的目的是提供一種以可控星狀聚合物為模板物制備高度交聯(lián)的多孔碳材料的方法。該方法原材料來源廣泛，通過控制聚合度、溴代率對(duì)多孔碳材料的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)可控；碳材料孔徑均勻，比表面積大，對(duì)CO₂有明顯的吸附效果，故而在吸附領(lǐng)域具有一定的潛在前景。

本發(fā)明中，利用ATRP聚合法制備星狀聚合物，并通過進(jìn)一步交聯(lián)、炭化得到多孔碳材料，可避免硬模板法繁復(fù)的后處理過程，同時(shí)使得孔結(jié)構(gòu)具有一定的可控性，在氣體吸附等領(lǐng)域具有一定的潛在發(fā)展。

本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。

本發(fā)明提供一種利用星狀聚合物可控制備多孔碳材料的方法，具體步驟如下：

(1)在惰性氣氛保護(hù)下，將ATRP引發(fā)劑21Br-β-CD、CuBr、N,N,N',N,'N”-五甲基二亞乙基三胺PMDETA、4-甲基苯乙烯和苯甲醚若干次凍融循環(huán)后，加熱體系在溶液狀態(tài)下發(fā)生ATRP聚合，反應(yīng)結(jié)束后，有機(jī)溶劑溶解產(chǎn)物并過中性氧化鋁柱除去催化劑，經(jīng)旋蒸、沉淀、洗滌、干燥得到聚合產(chǎn)物，聚合產(chǎn)物為星狀聚4-甲基苯乙烯P(4-MS)；

(2)在惰性氣氛保護(hù)下，將星狀聚4-甲基苯乙烯P(4-MS)、N-溴代琥珀酰亞胺NBS和引發(fā)劑在溶劑中混合后，加熱反應(yīng)，在50～90℃的油浴鍋中反應(yīng)10～20h，得到溴代率為50～100％的星狀聚芐溴；

(3)在惰性氣氛保護(hù)下，將星狀聚芐溴和溶劑室溫條件下攪拌3～10h后，冰浴條件下加入催化劑，再加熱發(fā)生傅克酰基化反應(yīng)，得到交聯(lián)聚合物；其中：星狀聚芐溴和催化劑FeCl₃的質(zhì)量比為5:12～15:4；

(4)將交聯(lián)聚合物置于管式爐中，在600～1000℃的溫度下高溫活化得到多孔碳材料。

本發(fā)明中，步驟(1)中，21Br-β-CD是通過β-環(huán)糊精和2-溴異丁酰溴在N-甲基吡咯烷酮中，在0℃～25℃的溫度下反應(yīng)得到。

本發(fā)明中，步驟(1)中，21Br-β-CD中的溴原子、CuBr、PMDETA和4-甲基苯乙烯的摩爾比為(0.5～1.5):(0.5～1.5):(1～3):(150～300)；加熱溫度為60～120℃。

本發(fā)明中，步驟(1)中，凍融循環(huán)是將反應(yīng)物在氮?dú)鈿夥罩幸旱鋬觯檎婵眨ㄈ氲獨(dú)馊苋冢俅我旱鋬觯磸?fù)操作若干次。