[发明专利]一种具有多级孔结构整体材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种含有共价有机骨架聚合物(covalent organic frameworks,COF)的多级孔整体材料的制备方法。具体是将共价有机骨架聚合物、含环氧官能团化合物(功能单体)、含氨基官能团化合物(功能单体)和致孔剂等混合并振荡分散，然后在一定温度下发生环氧开环聚合反应(ring‑opening polymerization reaction)，即可一步制备具有多级孔结构(微孔‑介孔‑大孔)的整体材料。所述的制备方法具有条件温和、高效可控等优点。另外，还可以根据不同的应用要求选用不同的共价有机骨架聚合物，或调节共价有机骨架聚合物的掺入量，制备出一系列具有不同物理和化学性质的多级孔整体材料。

技术领域

本发明涉及一种含有共价有机骨架聚合物(covalent organic frameworks,COF)的多级孔整体材料的制备方法。具体是将共价有机骨架聚合物、含环氧官能团化合物(功能单体)、含氨基官能团化合物(功能单体)、致孔剂等混合并振荡分散，然后在一定温度下发生环氧开环聚合反应(ring-opening polymerization reaction)，即可一步制备具有多级孔结构(微孔-介孔-大孔)的整体材料。

背景技术

多级孔整体材料一般具有两种以上的孔尺寸(微孔，孔径小于2nm；介孔，孔径大于2nm且小于50nm；大孔，孔径大于50nm)。这种多级孔结构不仅增加了整体材料的比表面积，而且提高了物质在整体材料内部的传质过程。目前，多级孔整体材料包括聚合物基质、硅胶基质、碳基质、金属有机骨架聚合物基质等，已广泛用于催化、吸附、分离介质和储存载体等领域。然而，根据已报道的制备方法，在调节一种尺度的孔结构时，往往会对另一种尺度的孔结构造成影响。因此，有效地调节整体材料的多级孔结构仍面临巨大的挑战。

共价有机骨架聚合物(covalent organic frameworks,COF)是近几年新兴的一种轻质多孔材料，具有较大的比表面积和丰富的微孔或介孔结构。但受限于现有的制备技术，得到的共价有机聚合物往往以粉末形式存在，并且该材料不具有重塑性，严重制约了该材料的实际应用。为解决这些问题，本发明发展了一种基于环氧开环聚合反应，有效地将粉末形式的COF转化成整体材料。该方法所制备的整体材料不仅保留了COF固有的孔结构，而且具有连续的大孔结构。此外，该方法还具有以下特点：1、制备步骤更加简便；2、通用性强，可应用于共价有机聚合物；3、反应条件温和，易于控制，重现性好。

发明内容

本发明的目的是为了简单和有效地制备一系列具有多级孔结构的整体材料。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

利用开环聚合反应(ring-opening polymerization reaction)，通过调节COF的含量以及选择不同的COF来制备一系列具有不同物理和化学性质的多级孔整体材料。这种方法所制备的多级孔整体材料较好的保留了COF固有的微孔结构，并且产生了连续的大孔结构，有望提高整体材料对物质的吸附量并改善物质在整体材料内部的传质性能。

结合开环聚合反应制备含有COF的多级孔整体材料：具体是将COF、含环氧官能团化合物(功能单体)、含氨基官能团化合物(功能单体)和致孔溶剂等混合振荡均匀后，加热发生环氧开环聚合反应一步制备具有多级孔结构的整体材料。

其具体过程如下：

1)向反应容器中加入30-70mg含环氧官能团化合物；

2)向反应容器中加入30-70mg含氨基官能团化合物；

3)向反应容器中加入10-35mg的聚乙二醇(PEG，Mn＝10,000)，100-500μL的正丙醇(1-propanol)和80-400μL的1,4-丁二醇(1,4-butanediol)；

4)向反应容器中加入1-100mg的COF；