[发明专利]一种含三嗪环和偶氮键官能团多孔聚合物吸附材料、多孔聚合物催化材料及制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸附材料和催化材料，具体涉及一种含三嗪环和偶氮键官能团多孔聚合物吸附材料和多孔聚合物催化材料，及它们的制备方法和多孔聚合物吸附材料和多孔聚合物催化材料在二氧化碳捕集与转化中的应用，属于功能高分子材料技术领域。

背景技术

随着工业社会的发展，化石燃料燃烧释放出的二氧化碳气体造成了严重的温室效应，成为威胁人类生存发展的一大难题。但实际上若能将二氧化碳加以合理利用，其也可以是一种基本化工原材料，作为碳源制备如甲醇、甲酸和碳酸丙烯酯等常见工业产品，因此二氧化碳捕集和转化技术的研究得到了科学界广泛的关注。

目前，工业上普遍采用液体(主要为有机胺类等碱性化合物)吸收二氧化碳气体，吸附效果非常明显，但是也存在诸多缺点，比如说对设备腐蚀性大、吸附剂再生耗能高以及溶剂易挥发变质等。而固体吸附分离技术可以完美规避这些问题，是现阶段气体吸附材料领域的研究热点。目前常用的固体吸附剂主要分为沸石分子筛、多孔碳、有机硅材料以及新型的有机多孔材料，包括金属有机框架材料 (MOF)、多孔有机聚合物(POP)等，它们具有结构可控性强、制备过程安全简单、高比表面积和易于再生等特点。大多数固体材料对二氧化碳的吸附为物理吸附，与二氧化碳的相互作用较为微弱，目前开发新型吸附剂材料主要从提高材料的比表面积和增强与二氧化碳的相互作用两方面着手，旨在提高吸附量及选择性。

多孔有机聚合物材料(POPs)是一类由常见轻质元素(C、H、O、N、S、P等) 组成的新型多孔材料，通常具有多级孔结构和较高的比表面积，相比MOF等具有较好的热稳定性，在二氧化碳吸附领域具有极大的潜力。POPs在设计合成过程中可控性和灵活性较强，可以直接选用与二氧化碳亲和性较强的官能团(如偶氮键、三嗪环、磺酸基及氨基等)，也可以通过化学反应生成所需的功能性官能团；与此同时，单体的选择也对所得POP材料的孔道结构和比表面积有着决定性影响，一般情况下，多孔有机聚合物材料中的微孔和超微孔比率占孔体积的比率越大，材料的比表面积也越大。但是目前已报道的POP材料大多在有机溶剂体系中制备，副反应多且易产生有毒副作用的化合物，不利于工业生产推广。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种同时含大量三嗪环和偶氮键官能团，且比表面积大，微孔比率高的多孔聚合物吸附材料，该吸附材料对二氧化碳具有较好的吸附性能。

本发明的第二个目的是在于提供一种操作简单、条件温和的制备所述含多孔聚合物吸附材料的方法。

本发明的第三个目的是在于提供所述多孔聚合物吸附材料作为二氧化碳吸附材料的应用，该多孔聚合物吸附材料对二氧化碳气体表现出较高吸附量及吸附选择性，相对现有的二氧化碳吸附材料的吸附性能大大提高。

本发明的第四个目的是在于提供一种含三嗪环和偶氮键官能团，且比表面积大，微孔比率高，同时负载有催化金属离子的多孔聚合物催化材料，该材料能有效吸附二氧化碳并催化二氧化碳和环氧丙烷类化合物转化成碳酸丙烯酯。

本发明的第五个目的是在于提供一种操作简单、反应条件温和、成本低的制备所述多孔聚合物催化材料的方法。

本发明的第六个目的是在于提供所述多孔聚合物催化材料作为催化剂在二氧化碳的催化转化中的应用，该材料可以将二氧化碳有效吸附富集于金属离子催化活性中心附近，大大提高催化活性，有利于二氧化碳和环氧丙烷类化合物转化成碳酸丙烯酯。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种含三嗪环和偶氮键官能团多孔聚合物吸附材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)在冰水浴环境中，将2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪分散至水中，滴加酸反应至溶液澄清，再滴加亚硝酸钠溶液反应后，中和至中性，得到溶液A；

2)将二酚类化合物和/或三酚类化合物分散至水中，滴加碱反应至溶液澄清，得到溶液B；

3)所述溶液B滴加至溶液A中反应，即得。