[发明专利]一种多孔聚咔唑聚合物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种多孔聚咔唑聚合物及其制备方法和应用。本发明的多孔聚咔唑聚合物的制备方法包括以下步骤：1)制备多咔唑取代吡啶化合物；2)将上述多咔唑取代吡啶化合物溶于有机溶剂，制备多咔唑取代吡啶化合物的有机溶剂溶液；3)向上述多咔唑取代吡啶的有机溶剂溶液中，加入溶于Lewis酸催化剂和交联剂所形成的混合溶液反应，然后经洗涤、过滤、干燥，制得多孔聚咔唑的Lewis酸盐；4)将上述多孔聚咔唑的Lewis酸盐用碱溶液调节pH为碱性，洗涤、过滤、干燥，制得多孔聚咔唑聚合物。本发明的多孔材料比表面积大、稳定性好，气体吸附力强，耐酸耐碱，尤其在CO₂吸附方面性能优越。

技术领域

本发明涉及一种聚咔唑聚合物，具体涉及一种多孔聚咔唑、其制备方法和在CO₂吸附方面的应用。

背景技术

多孔材料含有一定数量的孔洞，具有较高的比表面积，重量轻、渗透性好。按孔径尺寸分为微孔材料(孔径小于2nm)、介孔材料(孔径2-50nm)、大孔材料(孔径大于50nm)。多孔材料的光电性能、渗透性能、吸附性能受到关注。

根据多孔材料的元素组成及键连方式，多孔材料分为无机、无机-有机杂化、有机多孔材料。相较于无机、无机-有机杂化多孔材料，有机多孔材料的单体丰富多样、单体间通过共价键连接，具有骨架组成丰富、修饰性强、稳定性好、比表面积高、孔道结构可调等优点，在气体存储与分离、催化、传感及有机电子学等方面具有潜在的应用价值。

近年来，有机多孔聚咔唑材料的研究成为有机多孔材料领域中的一个热点。咔唑作为一种很重要的含氮杂环化合物，对热、酸和碱都比较稳定，聚咔唑具有刚性主链和共轭富电子体系，既有利于形成永久性多孔材料，又可增强被吸附物与吸附剂之间的相互作用，其含氮结构可大大提高对二氧化碳等酸性气体的吸附能力。

发明内容

根据本发明的第一个实施方案，本发明提供一种具有结构单元I的多孔聚咔唑聚合物：

一般，以上所述的多孔性聚咔唑聚合物或其甲磺酸盐的平均孔径为1.5-25nm，优选1.6-20nm，优选1.8-15nm，优选2-10nm。

优选，它的比表面积为600-1200cm²/g，优选700-1000cm²/g，更优选800-900cm²/g。

一般来说，上述多孔性聚咔唑聚合物是由多咔唑取代吡啶化合物与交联剂在Lewis酸催化剂存在下进行反应所获得的交联聚合物；优选的是，所述交联剂是选自于二甲氧基甲烷、二氯丙烷、二氯乙烷、二氯甲烷、二溴乙烷或二溴甲烷中的一种或多种，优选是二甲氧基甲烷。

以上所述的聚合物的甲磺酸盐具有以下结构单元II：

根据本发明的第二个实施方案，本发明还提供上述聚合物的制备方法，包括以下步骤：

1)制备多咔唑取代吡啶化合物；

2)将上述多咔唑取代吡啶化合物溶于有机溶剂，制备多咔唑取代吡啶化合物的有机溶剂溶液；

3)向上述多咔唑取代吡啶化合物的有机溶剂溶液中，添加由Lewis酸催化剂和交联剂所形成的混合溶液进行反应，然后经洗涤、过滤、干燥，制得多孔聚咔唑的Lewis酸盐；

4)将上述多孔聚咔唑的Lewis酸盐用碱溶液调节pH为碱性，洗涤、过滤、干燥，制得所述结构单元为I的多孔聚咔唑聚合物。

本发明对多咔唑取代吡啶化合物的制备方法并无特殊要求，采用常规的现有技术合成即可。例如，可选择亲核取代的方法。

本发明具有结构单元I的多孔聚咔唑聚合物，其结构可如下所示：