[发明专利]一种含氟多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种含氟多孔碳材料，属于吸附材料制备技术领域。具体是以4,4'‑二溴八氟联苯和炔苯衍生物作为共聚单体，在四(三苯基膦)钯(0)催化下，通过Sonogashira进行偶联，然后在氮气保护下580～620℃高温煅烧2h制得。本发明制得的含氟多孔碳材料拥有大的比表面积、窄的孔径分布、高的物理化学稳定性和低的骨架密度等特性，对于二氧化碳和碘展现出优越的吸附能力。

技术领域

本发明属于吸附材料制备技术领域，特别是涉及一种含氟多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

全球的碳排放量急剧上升。大气“温室效应”与地球变暖将是21世纪全人类所面临的最大环境问题。目前，人类在能源系统中产生大量二氧化碳并直接排放是导致该现象的主要原因。同其他环境问题相比，二氧化碳的排放影响空间大且作用时间长，因此解决起来非常困难。大气中的二氧化碳含量已由工业革命前的2180×10^-4(体积分数，下同)上升到目前的3156×10^-4，其数据来源于文献。如果不采取措施控制二氧化碳的排放，预计到2010年，大气中二氧化碳含量将达到5150×10^-4。一方面，如何降低二氧化碳排放量，变废为宝，实现其分离回收与综合利用是摆在广大环境科技工作者面前的重要课题。另一方面，二氧化碳作为地球上最丰富的碳资源，可转化为巨大的可再生资源。目前，为了减少二氧化碳在大气中的浓度，对CO₂的捕获成为了国内外关注的焦点，人们迫切寻求解决的办法，研究在限制其排放量的同时也在能将其捕获和存储的新型材料。发现在微孔有机材料中，与其他多孔材料和常规材料不同的共轭微孔聚合物(CMPs)结合了π-共轭性以及孔隙率。由于它们的高表面积和可调微孔尺寸，CMPs显示出对CO₂吸附和储存巨大的潜力。

现有技术研究聚合物对CO₂的捕获与分离，可以模拟现实生活中从工厂的排烟道中的混合气体选择性吸附分离，或者从酸性天然气中分离等方式来实现。这些对捕获CO₂的材料要求很高。目前，人们普遍使用净化器对二氧化碳进行收集，该方法需要消耗大量的能源，且成本较高。同时，现有的聚合物对二氧化碳的吸附量还有潜力提高及发展，所以，科学家们需要寻找成本低、吸附量高、消耗能源少并期待可循环利用的材料来代替现有的聚合物材料。

另外，现在普遍捕获碘技术是用天然或合成的金属交换沸石作为碘吸附剂，无机多孔材料也具有比如低吸附量和令人不满意的再循环时的限制，而一些含阳离子的MOF捕获碘的致命缺点是它们对吸附剂再生中通常遇到的酸/碱情况的耐受性不足。这些材料具有化学性质稳定和水热稳定的特点。然而，它们有限的吸附能力导致低的碘吸附，这极大限制了该材料在碘吸附方面的应用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种含氟多孔碳材料，该聚合物可作为吸附剂对二氧化碳气体和碘进行高效吸附。

具体的，本发明提供的含氟多孔碳材料，以4,4'-二溴八氟联苯和炔苯衍生物作为共聚单体，在四(三苯基膦)钯(0)催化下，通过Sonogashira进行偶联，然后在580～620℃高温煅烧2h制得；

所述炔苯衍生物选自1,3-二乙炔苯、1,3,5-三乙炔苯、四乙炔苯甲烷、四乙炔苯乙烯中任意一种。

优选地，所述含氟多孔碳材料比表面积为755～901m²/g，孔径分布0～2nm。

本发明还提供了该含氟多孔碳材料在碘或二氧化碳捕获中的应用。

优选地，在273K，1.05bar条件下，所述含氟多孔碳材料对CO₂的吸附量为3.06～5.35mmol/g；在常压，350K条件下，所述含氟多孔碳材料对I₂的吸附值为0.9～1.4g/g。

本发明还提供了该含氟多孔碳材料作为二氧化碳吸附剂的应用。