[发明专利]一种聚芳基均三嗪和聚芳基均三嗪孔材料及它们的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚芳基均三嗪和聚芳基均三嗪孔材料及它们的制备方法，属于高分子材料领域，

背景技术

在环境污染和化石燃料枯竭日趋严重的情况下，气体分子如CO₂和H₂等的捕获和储存以及重金属离子的深度处理对我国经济的可持续发展有着重大意义。利用纳米孔材料来吸附气体分子如CO₂和H₂或对重金属离子进行分离富集是当前材料、能源和环境研究领域最热点的课题之一，具有特别重大的学术价值和工业应用价值。

具有纳米孔特性的有机聚合物材料，由于其丰富的原料来源和多样的合成方式以及稳固开放的孔道与优异的孔性质，在吸附、分离和载体材料等方面具有广阔的应用前景。出现比较多的主要有两类：一是硼酸酯环类微孔材料，具有较高的BET比表面积(1260m²/g)和(0.29m³/g)[N.W.Oekwig,et al,science,2005,310,1166][Budd P M,et al.J.Mater.Chem.,2003,13(11):2721-27]。二是基于1,3,5-三嗪刚性连接子的无限交联网络（CTF），BET比表面积可达3270m²/g[Kuhn P,Antonietti M,Thomas A.Angew Chem Ent Ed,2008,47(18):3450-3458]。这些材料在CO₂和H₂等的储存上取得了很大进展，但这些材料面临一个共同的关键问题，即由于骨架与被吸附分子作用力弱，温和条件下气体分子如CO₂和H₂储存量较低，还不能满足实际应用要求。

发明内容

本发明针对现有技术中基于1,3,5-三嗪刚性连接子的无限交联网络（CTF），存在结构热稳定性差，分子骨架与被吸附分子作用力弱，温和条件下气体分子如CO₂和H₂储存量较低，还不能满足实际应用要求的缺陷，目的之一在于提供一种主链上含芳酰亚胺基含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪，该聚芳基均三嗪制成孔材料后在温和条件下对CO₂和H₂等气体分子具有良好吸附性能，还具有优异的结构热稳定性能。

本发明的第二个目的是在于提供一种在温和条件下对CO₂和H₂等气体分子具有良好吸附性能，还有优异结构热稳定性能的含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料。

本发明的第三个目的是在于提供一种方法简单，操作快捷、易控制，制备上述含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪的方法。

本发明的第四个目的在于提供一种方法简单，操作快捷、易控制，制备上述含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料的方法。

本发明提供了一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪，该聚芳基均三嗪具有式1结构：

式1

其中，表示重复结构单元：

B表示结构单元：

A表示结构单元：

Ar为结构单元中一种或几种。

本发明还提供了一种含芳酰亚胺结构的聚芳基均三嗪孔材料，该聚芳基均三嗪孔材料为多孔状粉末或颗粒的聚芳基均三嗪，比表面积为600～3500m²/g，粉末或颗粒中的孔孔径为1～100nm；所述的聚芳基均三嗪具有式1结构。

优选的比表面积800～1500m²/g。

所述的聚芳基均三嗪在氮气条件下5%热失重温度为480～540℃。

本发明还一种如上所述的聚芳基均三嗪的制备方法，该方法是将式2结构的芳香二酸酐化合物和4-氨基苯腈溶于极性非质子溶剂，先在60～80℃酰胺化反应，再在150～200℃进一步亚胺化反应，得到式3结构的芳香双腈化合物；所得的芳香双腈化合物在真空条件下，加热到300～450℃进行环化反应，即得；所述的芳香二酸酐化合物与4-氨基苯腈的摩尔比为1:2.0～2.5；

式2

式3

Ar为结构单元中一种或几种。

所述的酰胺化反应时间为4～6h。

所述的亚胺化反应时间为8～12h。

所述的环化反应时间为10～60h。