[發(fā)明專利]一種基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110140629.6
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112794994B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 布乃順;許彥梅;夏立新;閆卓君;鄭桂月;崔博;蘇品杰;蔡慧穎
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號: C08G61/12
• 分類號: C08G61/12;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物，以具有π共軛結(jié)構(gòu)的含硫噻吩單體和三(4?硼酸頻呢醇酯苯基)胺為結(jié)構(gòu)單元，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)一鍋法有效的合成含硫多孔有機(jī)聚合物，具體制備方法如下：將具有π共軛結(jié)構(gòu)的含硫噻吩單體與三(4?硼酸頻呢醇酯苯基)胺放入準(zhǔn)備好的反應(yīng)容器中，加入N,N'?二甲基甲酰胺，使用液氮對混合物進(jìn)行冷凍，用真空泵進(jìn)行抽真空、通氮氣至常壓，反復(fù)循環(huán)三次；加入催化劑，繼續(xù)使用液氮進(jìn)行冷凍，用真空泵進(jìn)行抽真空、通氮氣至常壓，反復(fù)循環(huán)三次；解凍后進(jìn)行反應(yīng)；洗滌，純化，干燥得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明制備的吸附劑分離富集效率高，可從混合離子溶液中選擇性的吸附汞離子。操作簡單、綠色無污染、適用廣泛，具有實際應(yīng)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物的制備，旨在從污水中選擇性的高效吸附分離重金屬汞離子。

背景技術(shù)

汞是毒性和危害性最大的重金屬之一，即使在低濃度下也會嚴(yán)重的威脅人類健康，使人體的中樞神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)被破壞，進(jìn)一步影響人體各器官的正常工作。汞的存在形式多樣，有劇毒，難以生物降解，對生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。在自然環(huán)境中，通常無機(jī)和有機(jī)形式的汞會轉(zhuǎn)化為高揮發(fā)性的元素形式，并且汞會進(jìn)入大氣、土壤和水，最終會以一種高效的神經(jīng)毒素甲基汞的形式存儲于我們的食物鏈中。因此，考慮到汞在食物鏈中的積累及其對人體的毒性，制定從礦山廢水或工業(yè)和城市污水中回收汞離子的生態(tài)友好策略至關(guān)重要。

目前，沉淀法、離子交換法、膜分離法和混凝法等多種方法已被廣泛應(yīng)用于汞離子的分離和富集。然而，它們大多數(shù)需要昂貴的成本，操作復(fù)雜，特別是對處理濃度低的汞離子而言效率低下。相比之下，吸附可以通過相對簡單的工藝從低濃度源中回收汞離子。吸附法由于操作簡單、工藝經(jīng)濟(jì)、無毒、可重復(fù)使用、效率高、二次廢物產(chǎn)生相對較少、吸附劑種類繁多等優(yōu)點，被認(rèn)為是分離和吸附汞離子的一種綠色替代方法。

多孔有機(jī)聚合物(POPs)是通過強(qiáng)共價鍵相互連接而形成具有不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多孔材料。由于其可調(diào)的孔隙結(jié)構(gòu)、高的比表面積、低的骨架密度和優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性，POPs被認(rèn)為是許多潛在應(yīng)用領(lǐng)域的候選材料，例如氣體吸附及分離、化學(xué)與生物傳感器、多相催化、藥物遞送和能源存儲等。近年來，多孔有機(jī)聚合物在污水處理中的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。與傳統(tǒng)吸附劑相比，POPs具有比表面積高、孔徑可調(diào)、通過后修飾可以在骨架中可引入多種功能基團(tuán)等優(yōu)點，因此非常適合作為新型固體吸附劑應(yīng)用于污水中重金屬離子的吸附分離領(lǐng)域。根據(jù)文獻(xiàn)報道，含硫基團(tuán)可與汞離子形成絡(luò)合物，進(jìn)而對其吸附。為了提高POPs在重金屬汞離子吸附分離中的應(yīng)用潛力，本發(fā)明設(shè)計一種基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物的制備方法，直接選用具有π共軛的含硫有機(jī)單體，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)一鍋法制備功能多孔有機(jī)聚合物，避免后修飾繁瑣等步驟。制備得到的材料具有延長的π共軛骨架同時具有高密度的硫活性位點，可快速螯合汞離子，吸附選擇性好，分離效率高。在強(qiáng)酸下對汞離子也展現(xiàn)出較高的吸附容量，并且可以循環(huán)使用，對于酸性工業(yè)廢液的處理具有實際應(yīng)用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物的制備方法，并將其應(yīng)用于污水中重金屬汞離子的吸附分離領(lǐng)域。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物，以具有π共軛結(jié)構(gòu)的含硫噻吩單體和三(4-硼酸頻呢醇酯苯基)胺(BBA)為結(jié)構(gòu)單元，通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)一鍋法有效的合成新型含硫多孔有機(jī)聚合物，結(jié)構(gòu)如式(Ⅰ)、(Ⅱ)所示：

一種基于噻吩單元的多孔有機(jī)聚合物的制備方法，包括以下步驟：

1)將具有π共軛結(jié)構(gòu)的含硫噻吩單體與三(4-硼酸頻呢醇酯苯基)胺放入準(zhǔn)備好的反應(yīng)容器中，加入N,N'-二甲基甲酰胺使其單體溶解；連接好實驗裝置，使用液氮對混合物進(jìn)行冷凍，用真空泵進(jìn)行抽真空、通氮氣至常壓，反復(fù)循環(huán)三次；