[發(fā)明專利]一種含氟多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710758013.9
• 申請(qǐng)日: 2017-08-29
• 公開（公告）號(hào): CN107297196B
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許彥紅;姚嬋;劉洺含
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J20/20
• 分類號(hào): B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D53/02;G21F9/00
• 代理公司: 北京卓特專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11572
• 代理人: 段宇

本發(fā)明公開了一種含氟多孔碳材料，屬于吸附材料制備技術(shù)領(lǐng)域。具體是以4,4'?二溴八氟聯(lián)苯和炔苯衍生物作為共聚單體，在四(三苯基膦)鈀(0)催化下，通過Sonogashira進(jìn)行偶聯(lián)，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下580～620℃高溫煅燒2h制得。本發(fā)明制得的含氟多孔碳材料擁有大的比表面積、窄的孔徑分布、高的物理化學(xué)穩(wěn)定性和低的骨架密度等特性，對(duì)于二氧化碳和碘展現(xiàn)出優(yōu)越的吸附能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于吸附材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含氟多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

全球的碳排放量急劇上升。大氣“溫室效應(yīng)”與地球變暖將是21世紀(jì)全人類所面臨的最大環(huán)境問題。目前，人類在能源系統(tǒng)中產(chǎn)生大量二氧化碳并直接排放是導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因。同其他環(huán)境問題相比，二氧化碳的排放影響空間大且作用時(shí)間長，因此解決起來非常困難。大氣中的二氧化碳含量已由工業(yè)革命前的2180×10^-4(體積分?jǐn)?shù)，下同)上升到目前的3156×10^-4，其數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)。如果不采取措施控制二氧化碳的排放，預(yù)計(jì)到2010年，大氣中二氧化碳含量將達(dá)到5150×10^-4。一方面，如何降低二氧化碳排放量，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)其分離回收與綜合利用是擺在廣大環(huán)境科技工作者面前的重要課題。另一方面，二氧化碳作為地球上最豐富的碳資源，可轉(zhuǎn)化為巨大的可再生資源。目前，為了減少二氧化碳在大氣中的濃度，對(duì)CO₂的捕獲成為了國內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)，人們迫切尋求解決的辦法，研究在限制其排放量的同時(shí)也在能將其捕獲和存儲(chǔ)的新型材料。發(fā)現(xiàn)在微孔有機(jī)材料中，與其他多孔材料和常規(guī)材料不同的共軛微孔聚合物(CMPs)結(jié)合了π-共軛性以及孔隙率。由于它們的高表面積和可調(diào)微孔尺寸，CMPs顯示出對(duì)CO₂吸附和儲(chǔ)存巨大的潛力。

現(xiàn)有技術(shù)研究聚合物對(duì)CO₂的捕獲與分離，可以模擬現(xiàn)實(shí)生活中從工廠的排煙道中的混合氣體選擇性吸附分離，或者從酸性天然氣中分離等方式來實(shí)現(xiàn)。這些對(duì)捕獲CO₂的材料要求很高。目前，人們普遍使用凈化器對(duì)二氧化碳進(jìn)行收集，該方法需要消耗大量的能源，且成本較高。同時(shí)，現(xiàn)有的聚合物對(duì)二氧化碳的吸附量還有潛力提高及發(fā)展，所以，科學(xué)家們需要尋找成本低、吸附量高、消耗能源少并期待可循環(huán)利用的材料來代替現(xiàn)有的聚合物材料。

另外，現(xiàn)在普遍捕獲碘技術(shù)是用天然或合成的金屬交換沸石作為碘吸附劑，無機(jī)多孔材料也具有比如低吸附量和令人不滿意的再循環(huán)時(shí)的限制，而一些含陽離子的MOF捕獲碘的致命缺點(diǎn)是它們對(duì)吸附劑再生中通常遇到的酸/堿情況的耐受性不足。這些材料具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定和水熱穩(wěn)定的特點(diǎn)。然而，它們有限的吸附能力導(dǎo)致低的碘吸附，這極大限制了該材料在碘吸附方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種含氟多孔碳材料，該聚合物可作為吸附劑對(duì)二氧化碳?xì)怏w和碘進(jìn)行高效吸附。

具體的，本發(fā)明提供的含氟多孔碳材料，以4,4'-二溴八氟聯(lián)苯和炔苯衍生物作為共聚單體，在四(三苯基膦)鈀(0)催化下，通過Sonogashira進(jìn)行偶聯(lián)，然后在580～620℃高溫煅燒2h制得；

所述炔苯衍生物選自1,3-二乙炔苯、1,3,5-三乙炔苯、四乙炔苯甲烷、四乙炔苯乙烯中任意一種。

優(yōu)選地，所述含氟多孔碳材料比表面積為755～901m²/g，孔徑分布0～2nm。

本發(fā)明還提供了該含氟多孔碳材料在碘或二氧化碳捕獲中的應(yīng)用。

優(yōu)選地，在273K，1.05bar條件下，所述含氟多孔碳材料對(duì)CO₂的吸附量為3.06～5.35mmol/g；在常壓，350K條件下，所述含氟多孔碳材料對(duì)I₂的吸附值為0.9～1.4g/g。

本發(fā)明還提供了該含氟多孔碳材料作為二氧化碳吸附劑的應(yīng)用。