[發明專利]一種多孔性可控的高比表面積超交聯聚合物及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202211528657.6
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115746270A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 侯雙雙;胡家瑞;張道洪;譚必恩
• 申請（專利權）人: 中南民族大學
• 主分類號: C08G61/10
• 分類號: C08G61/10;F17C11/00;B01J20/26;B01J20/30
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 余曉雪

本發明屬于有機多孔材料技術領域，具體公開了一種多孔性可控的高比表面積超交聯聚合物及其制備方法與應用。本發明以三苯基苯為聚合單體，1,3,5?三(溴甲基)苯、1,3,5?三(溴甲基)?2,4,6?三甲基苯或1,3,5?三(溴甲基)?2,4,6?三乙基苯為外交聯劑，二氯甲烷為溶劑，無水氯化鋁為催化劑，在溫和條件下合成了具有多級孔結構的超交聯聚合物材料。本發明通過改變外交聯劑的結構即通過官能團取代改變外交聯劑脂肪支鏈的數量和長度，可有效調控材料的BET比表面積、微孔面積、孔體積等孔結構參數以及高壓甲烷存儲性能。本發明制備的微孔超交聯聚合物具有較高的BET比表面積、Langmuir比表面積、較大的孔體積和良好的高壓甲烷存儲性能。

技術領域

本發明屬于有機多孔材料技術領域，具體涉及一種多孔性可控的高比表面積超交聯聚合物及其制備方法與應用。

背景技術

作為天然氣的主要成分，CH₄是一種常見的清潔高效能源。由于其儲量豐富、廉價易得、低碳排放等優點，CH₄已吸引了大量的研究興趣。通常，CH₄主要是通過液化天然氣(LNG)和壓縮天然氣(CNG)的方式進行存儲，然而LNG需要較低的存儲溫度(-161℃)和較高的成本，CNG需要較高的存儲壓力(250bar)和較大的空間，這些都嚴重制約著CH₄存儲的實際應用。為了克服這些不足，吸附天然氣(ANG)技術在低壓常溫下通過多孔材料孔壁和CH₄分子之間的范德瓦爾斯相互作用能較為安全的存儲CH₄，已受到廣泛關注。值得注意的是，為了提升甲烷在全球未來能源計劃中的戰略地位，美國國家能源局已將298K/65bar下的甲烷氣體存儲目標提升為263cm³(STP)cm^-3(體積容量)和0.5g g^-1(重量容量)。

為了獲得較高的CH₄存儲性能，已有大量的努力致力于研發諸如分子篩、活性炭、碳納米管、金屬有機框架、共價有機網絡、共軛微孔聚合物、超交聯聚合物和多孔芳香框架等類型多樣的固體吸附劑。然而，會昂貴的構筑單體、苛刻的反應條件、較差的機械穩定性、相對較低的CH₄捕獲量等因素的制約，這些存儲材料的真實CH₄存儲性能遠低于DOE制定的標準且不利于大規模實際應用。超交聯聚合物(HCPs)，作為一類重要的有機多孔材料，具有廉價、較高的BET比表面積、較窄的孔徑、多級孔徑分布、較好的剛性和良好的熱穩定性等特點，已表現出較高的CH₄存儲性能和良好的能源存儲應用前景。例如，Sozzani等人基于三蝶烯制備了一種BET比表面積和Langmuir比表面積為1592m² g^-1和1895m² g^-1的超交聯聚合物，298K/180bar下的CH₄吸附量高達400cm³STP g^-1。