[发明专利]一种新型纳米孔有机骨架固体碱材料

说明书

本发明公开了一种简单溶剂加热一步合成新型纳米孔有机骨架固体碱材料的制备方法，由该方法制备的材料的孔径为5‑30nm，孔容为0.3‑1.44cm³/g，比表面积为300‑700m²/g，通过调节制备条件可以进一步扩展其制备和应用领域。本发明涉及的制备方法简单有效，可一步合成具有丰富介孔结构的功能化纳米多孔二乙烯基苯材料，同时以咪唑或者吡啶作为碱中心，有效改善了现有碱性材料二氧化碳吸附性能不佳的问题。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种新型纳米孔有机骨架固体碱材料。

背景技术

随着全球工业的快速发展，人们的物质生活在得到大幅度改善的同时，所带来的环境问题也成为全世界所面临的难题。在各类环境问题中，二氧化碳的过度排放所带来的温室效应直接影响着全球气候的变化，该问题也引起了全世界范围的广泛关注。在我国，对于二氧化碳的排放已经建立了相关的排放标准与立法规定，而且建立低碳环保型城市已经受到了高度的重视。

为了有效的减少空气中超标的二氧化碳，利用固体材料选择性吸附二氧化碳是最为有效的途径，传统的二氧化碳吸附材料有：氢氧化钠，乙醇胺等强碱性材料，它们具有吸附活性高，低成本等优点。但是上述吸附材料通常都具有强碱性和腐蚀性，再生困难等缺点，这些缺点限制了该吸附材料的进一步应用，尤其是在当今强调绿色化学和原子经济学的主题下，传统的强碱性吸附材料很难满足二氧化碳吸附的实际应用。

多孔材料具有较大的比表面积和孔容，可调变的孔结构和骨架组成，自从诞生开始就在吸附、分离和催化领域显示了其他材料难以比拟的性能。所以纳米多孔材料作为二氧化碳吸附材料也自然成为了最近几年科学研究的热点之一，多孔二氧化碳吸附材料也在全球范围内广泛制备与应用，并取得了其他吸附材料难以比拟的效果。

常见的多孔二氧化碳吸附材料包括：碱性沸石分子筛，有机胺功能化的介孔氧化硅材料，多孔金属有机配合物(MOF)，多孔有机共聚物等等(COF)，上述的材料对二氧化碳显示了一定的吸附能力。比如，碱性微孔沸石材料包括5A和13X虽然对二氧化碳具有较好的吸附能力，但由于与二氧化碳间较强的作用力，材料再生困难，同时吸附容量有限；有机胺功能化的介孔材料对二氧化碳具有较好的吸附能力，吸附容量可以达到1.10mmol CO₂/g吸附剂，然而介孔材料较高的成本和骨架中有机胺官能团较差的热稳定性限制了其广泛的应用；_MOF和COF材料是最近几年纳米多孔材料研究的热点，他们在气体的吸附、储存和分离中表现出了惊人的应用前景，最近也有很多关于MOF和COF材料在二氧化碳吸附方面的报道，该材料对二氧化碳材料表现出了惊人的吸附性能，最大吸附量可达到(27mmol·g^-1at55bar and 298K)。然而，MOF和COF材料最大的缺点在于合成过程相对复杂，成本很高，同时对于MOF，材料的稳定性相对较差，上述问题使得该材料在二氧化碳吸附上广泛的应用令人担忧。同时，上述材料存在着共同的问题就是再生过程中二氧化碳的有效脱附，这严重影响着二氧化碳吸附材料的再生，这对于二氧化碳吸附材料的广泛应用具有较大的限制作用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种新型纳米孔有机骨架固体碱材料，通过简单溶剂加热方法一步合成具有丰富介孔结构的功能化纳米多孔二乙烯基苯材料，以咪唑或者吡啶作为碱中心，有效改善了现有材料二氧化碳吸附性能不佳的问题。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：一种新型纳米孔有机骨架固体碱材料，所述材料的孔径为5-30nm，孔容为0.3-1.44cm³/g，比表面积为300-700m²/g。

所述材料的制备方法按照如下步骤：以二乙烯基苯为交联单体，以偶氮二异丁睛为引发剂，加入碱性单体和有机溶剂，在加热条件下进行聚合，反应结束后挥发溶剂得到纳米孔有机骨架固体碱材料。

所述碱性单体采用乙烯基咪唑或乙烯基吡啶。