[发明专利]共价有机骨架材料及其制备方法

说明书

本发明公开了共价有机骨架材料及其制备方法，属于共价有机骨架材料制备技术领域，本发明利用离子热反应，在室温和开放体系下快速合成多种共价有机骨架材料，包括席夫碱类共价有机骨架材料和硼酸类共价有机骨架材料，也包括二维和三维结构的共价有机骨架材料。这种合成方法具有反应时间短、能耗低、无挥发性有机物污染、无添加剂、操作简单等优点，同时离子液体经过简单的过滤分离后可重复使用至少三次。本发明合成的共价有机骨架材料中有离子液体负载，在气体存储与分离等方面有潜在应用。

技术领域

本发明属于共价有机骨架材料制备技术领域，具体涉及共价有机骨架材料及其制备方法。

背景技术

共价有机骨架材料(Covalent Organic Frameworks)是一种由有机单体通过共价键连接形成的，具有周期性网络结构的多孔结晶聚合物。共价有机骨架材料具有孔道规则、密度低、结晶性较高、稳定性较好等特点，在气体存储与分离、催化、光电等方面具有广泛的潜在应用。

离子液体是一类在室温或近室温下(100℃)处于液态并完全由离子组成的化合物，具有极低的挥发性、宽液程、不可燃和对许多无机与有机物种有特殊溶解性等特点，可取代挥发性有毒有机溶剂作为反应的绿色溶剂。同时，负载型的离子液体被认为具有降低成本、增加使用寿命及具有更好的二氧化碳选择性吸附性能。但到目前为止，还没有使用离子液体作为溶剂或催化剂合成共价有机骨架材料的报道。

目前制备共价有机骨架材料的方法主要为高温溶剂热法，该方法需要在较高温度(85-200℃)下封闭体系中进行，反应能耗高，反应条件较苛刻，操作复杂，反应时间长(3-7天)，同时有挥发性有机物(VOC)排放。高温溶剂热法极不利于共价有机骨架材料在工业上的大量生产和广泛应用。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述不足，本发明利用离子热反应，在室温和开放体系下快速合成多种共价有机骨架材料，包括席夫碱类共价有机骨架材料和硼酸类共价有机骨架材料，也包括二维和三维结构的共价有机骨架材料。这种合成方法具有反应时间短、能耗低、无挥发性有机物污染、无添加剂、操作简单等优点，同时离子液体经过简单的过滤分离后可重复使用至少三次。

本发明通过如下技术方案实现：

共价有机骨架材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤(1)：取席夫碱类或硼酸类共价有机骨架材料的反应单体按照摩尔比为1:4～4:1混合均匀；

步骤(2)：将离子液体加入到步骤(1)的混合物中，混合均匀，其中，离子液体与混合物的质量比为1:1～100:1，在常温常压下反应3min-72h；

步骤(3)：反应结束后分别用乙醇和丙酮洗涤，抽滤，然后真空干燥得到共价有机骨架材料。

进一步地，步骤(1)所述的席夫碱类反应单体为四(4-醛基苯基)甲烷、四(4-氨基苯基)甲烷、1,3,5-三甲酰基苯、2，4,6-三羟基苯-1,3,5-三甲醛、对苯二胺、联苯胺或4,4″-三联苯二胺。

进一步地，步骤(1)所述的硼酸类反应单体为1,4-苯二硼酸、1,3,5-苯三硼酸、4,4'-联苯二硼酸、四(4-硼酸苯基)甲烷、四(4-硼酸苯基)硅烷、1,2,4,5-苯四酚或2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯。

进一步地，步骤(2)所述的离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐或1-丁基-3-甲基咪唑双氰胺盐等室温或近室温离子液体。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1)反应在室温下进行，能耗低；

2)反应在开放体系下进行，操作简单，安全性高；

3)反应时间短，最快可三分钟内完成反应；