[發明專利]聯苯為基塊構筑的多孔芳香骨架材料及其機械球磨制備方法

在審

• 申請號: 202011417528.0
• 申請日: 2020-12-05
• 公開（公告）號: CN112646127A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 任浩;陳瀟祿;袁珍閆
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08G61/10
• 分類號: C08G61/10;C08G61/02
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種聯苯為基塊構筑的多孔芳香骨架材料及其機械球磨制備方法，屬于有機多孔材料制備技術領域。通過分析單體和產物的紅外光譜，證明聚合反應已經發生。掃描電鏡圖顯示PAF?107s為尺寸約100nm的不規則球。通過調變聯苯、無水FeCl₃和二甲醇縮甲醛的比例，PAF?107s的多孔性能有所變化。球磨聯苯和無水FeCl₃合成的PAF?107a的BET比表面積為83m²g^?1。在合成體系中引入二甲醇縮甲醛之后，PAF?107的BET比表面積得到提升。在聯苯、無水FeCl₃和二甲醇縮甲醛的摩爾比例為1：6：6時，PAF?107c的的BET比表面積高達470m²g^?1。此外，在273K和298K下，研究了PAF?107b的乙烷、乙烯和乙炔吸附性能。

技術領域

本發明屬于有機多孔材料制備技術領域，具體涉及一種聯苯為基塊構筑的多孔芳香骨架材料(標記為PAF-107s，PAF＝porous aromatic framework)及其機械球磨制備方法。

背景技術

有機多孔材料是有機構筑基塊通過聚合反應形成的一類利用共價鍵連接的新型多孔材料。結構和組成決定有機多孔材料具有穩定性高、結構可設計、易功能化和孔隙率高等優點。有機多孔材料在氣體的吸附和分離、光電和催化等領域具有良好的應用前景。目前，有機多孔材料大多數是在有機溶劑體系中合成的。有機多孔材料走向應用，一方面需要控制原料成本，二要簡便的合成工藝。機械研磨法是一種快捷、高效并且相對環保的合成路徑。本發明涉及不同比例的聯苯、無水FeCl₃以及二甲醇縮甲醛在機械研磨下制備多孔芳香骨架材料(PAF-107s)。

發明內容

本發明目的在于提供多種聯苯為基塊構筑的多孔芳香骨架材料(PAF-107s，包括PAF-107a、PAF-107b、PAF-107c和PAF-107d)及其機械球磨制備方法。反應原料包括廉價的聯苯(安耐吉試劑，85元/500克)、無水FeCl₃(安耐吉試劑，85元/500克)和二甲醇縮甲醛(安耐吉試劑，95元/500毫升)。通過調變上述三種原料的比例，得到PAF-107s的多孔性能有所變化。

a、機械研磨聯苯和無水FeCl₃，本發明合成PAF-107a的反應方程式如下：

紅外光譜聚合反應發生在連接碳的對位和鄰位。

b、機械研磨3種比例的聯苯、無水FeCl₃和二甲醇縮甲醛，本發明合成PAF-107b、PAF-107c和PAF-107d的反應方程式如下：

紅外光譜聚合反應發生在連接碳原子的鄰位和對位。X射線光電子能譜和氧元素分析表明產物中含有氧元素。產物中含醚側鍵的比例范圍大約在0.9～1.5間。

本專利涉及的聚合反應，以聯苯為主要構筑基塊，無水FeCl₃作催化劑。

本發明所述的一種機械球磨制備多孔芳香骨架材料的方法，其步驟如下：

(1)PAF-107a的合成

(a)將摩爾比為1：3的聯苯和無水FeCl₃加入到不銹鋼球磨罐中，隨后將球磨罐擰緊；

(b)將球磨罐放入球磨機中球磨0.5h～2h；

(c)打開球磨罐，將得到的產物用1M的HCl、水和無水甲醇依次多次洗滌，隨后用無水甲醇索氏提取6～12h；

(d)將步驟(c)的索提產物在100～150℃真空下干燥4～40小時，從而得到PAF-107a；測試表明PAF-107a的BET比表面積為83m² g^-1。