[发明专利]一种三嗪基有机介孔聚合物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有机多孔聚合物的合成及吸附研究领域，具体涉及一种三嗪基有机介孔聚合物及其制备方法和应用。

背景技术

有机污染物和重金属离子是很多工业废水的主要成分，其种类、含量、性质等差别很大。在众多水处理技术中，吸附法因具有适应性强、应用范围广、操作简便、生物相容性高、成本低、易于再生等优点而具有广阔的应用前景，因此开发多功能性的新型吸附材料一直受到学术界和产业界的高度重视和密切关注。

多孔材料由于具有空旷的骨架结构而成为一类主要的固体吸附剂。与传统的无机微孔材料(如沸石分子筛、活性炭等)和金属-有机骨架材料相比，有机多孔聚合物(POPs)是近年来出现的一类新型多孔材料。POPs由含C、H、O、N、B等轻质元素通过共价键连接而成，具有制备方法多样、比表面积大、骨架密度低、孔径可调、表面可修饰和稳定性较好等特点(PhysicalChemistryChemicalPhysics2013,15(15),5430-5442；ReactiveandFunctionalPolymers2006,66(7),768-779；JournalofMaterialsChemistryA2013,1(8),2691-2718；ChemicalSocietyReviews2012,41(6),2083-2094)。由于有机化学合成方法的多样性，POPs的组成和结构具有可设计性和可裁剪性，可以在骨架中引入不同官能团或活性位点，以满足对不同环境污染物的吸附要求。

Tan等首次以三聚氰胺和多聚甲醛为原料，以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂，在170℃下反应72h后合成了一种新型有机介孔聚合物(简记为mPMF)(GreenChemistry2013,15(5),1127-1132和ChemSusChem2013,6(7),1186-1190)。mPMF在聚合物骨架中引入氮原子作为表面活性位，可用于选择性吸附脱除污水中的重金属离子(Energy&EnvironmentalScience2013,6(11),3254-3259)。但在实际操作过程中发现在DMSO中合成mPMF时，至少存在以下问题：1、反应时间较长(3d)；2、产物洗涤过程复杂、分离回收效率低(如产物需要依次使用DMSO、丙酮(3×)、四氢呋喃(3×)和二氯甲烷四种有机溶剂洗涤；且开釜时样品为一整块坚硬固体，为了使样品洗涤更加彻底需要研磨，但研磨后的样品在离心分离时易分散在洗涤液中，导致产物损失较大)；3、DMSO作为溶剂在高温下容易分解，产生具有强烈恶臭味的含硫化合物，不仅会在产物中引入硫杂质(含量达5％)，并且严重影响工作环境和身体健康，给产物的清洗、分离和回收带来极大不便。

除DMSO外，在文献中也曾尝试在其它极性溶剂(如二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮)中合成mPMF，但所得产物的比表面积小(4.6m²/g)、孔隙度低(0.005cm³/g)，表明DMSO对形成具有多孔结构的聚合物起到重要作用，这可能归因于DMSO在反应初期与反应物之间的氢键作用(ChemSusChem2013,6(7),1186-1190)。

因此，为进一步推动含氮有机多孔聚合物的性能研究及应用开发，有必要探索更为清洁、环保和简便的生产工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种三嗪基有机介孔聚合物及其制备方法和应用，涉及的原料价廉易得、工艺简单、操作方便，有利于工业化生产，所得三嗪基有机介孔聚合物能够吸附水中多种污染物，在吸附分离、水体净化等领域有良好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三嗪基有机介孔聚合物的制备方法，包括以下步骤：

1)以三聚氰胺和多聚甲醛为原料，将二者加入乙二醇中，加热并搅拌均匀得白色悬浮液；

2)将步骤1)将所得白色悬浮液密封，加热进行反应，然后依次经退火冷却、洗涤、离心分离、干燥，即得所述三嗪基有机介孔聚合物。

上述方案中，所述多聚甲醛与三聚氰胺的摩尔比为1.5～3.0。

优选的，所述多聚甲醛与三聚氰胺的摩尔比为1.8～2.3。

上述方案中，乙二醇中三聚氰胺和多聚甲醛的总初始浓度为2.0～5.0mol/L。

上述方案中，步骤1)中所述加热温度为100-140℃，时间为1-2h。

上述方案中，步骤2)中所述反应温度为120～185℃，反应时间为2～72h。

优选的，步骤2)中所述反应温度为150～170℃，反应时间为48～56h。