[发明专利]一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用。所述三嗪环共价有机聚合物的制备方法，包括如下步骤：S1：将腈类单体和氯化锌混合，于氯化锌熔融状态下反应40~80h得黑色固体；所述腈类单体和氯化锌的摩尔比为1:1~15；S2：将S1所得黑色固体溶解、过滤、干燥即得所述三嗪环共价有机聚合物。本发明提供的三嗪环共价有机聚合物的制备方法工艺简单，成本低廉，易于规模化生产，在膜电容去离子脱盐领域有很大的应用空间。制备得到的三嗪环共价有机聚合物，因氮掺杂的杂原子效应和微孔效应具有良好的电吸附性能，具有优异的亲水性、化学稳定性、热稳定性及电子传导效率，吸附过程产生双电层，大容量吸附带电粒子。

技术领域

本发明属于电容去离子电极材料领域，具体涉及一种三嗪环共价有机聚合物、电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

膜电容去离子技术作为一种新兴的水处理技术，相比于传统水处理技术如反渗透、电渗析、蒸馏等，由于其简易、安全、低能耗以及无二次污染等优势引起了越来越多的关注。通过外加直流电压，使流体内带电粒子在电场力的作用下被吸附到带相反电荷的电极材料上，并在电极表面形成双电层，且电极表面覆盖阴阳离子交换树脂膜有效减少了共离子脱附对电容去离子脱盐技术的干扰，提高电吸附效率。当达到吸附饱和后，通过反接直流电压，实现快速高效的电极再生。电容去离子技术的核心在于电极材料的选择与制备，相比起传统的碳基材料，如活性炭、气凝胶、碳纳米管、石墨烯等，三嗪环共价有机聚合物具有优异的孔隙结构和良好的电导率，在电吸附领域有很大的应用潜力。

目前，合成三嗪环共价有机聚合物的方法工艺繁琐，需要在手套箱惰性气体保护下混合原料，并置于安瓿瓶内进行抽真空与高温封管，如若原料中残留水分还会有安瓿瓶炸裂的危险。此过程成本十分高昂，不利于生产应用。

因此，开发一种工艺简单的制备方法来得到具有优异的孔隙结构和良好的电导率的三嗪环共价有机聚合物具有重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中三嗪环共价有机聚合物的制备工艺繁琐、成本高昂的缺陷和不足，提供一种三嗪环共价有机聚合物的制备方法。本发明提供的制备方法可成功制备得到三嗪环共价有机聚合物，工艺简单，成本低廉，易于规模化生产，在膜电容去离子脱盐领域有很大的应用空间。且因三嗪环共价有机聚合物化学稳定性好，在工业废水的处理处置上同样具有很好的应用潜力。制备得到的三嗪环共价有机聚合物具有优异的孔隙结构和良好的电导率，表面湿润特性好，循环再生效果佳。

本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的三嗪环共价有机聚合物。

本发明的另一目的在于一种三嗪环共价有机聚合物膜电容去离子吸附电极材料。

本发明的另一目的在于提供上述电极材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述电极材料在水处理中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种三嗪环共价有机聚合物的制备方法，包括如下步骤：

S1：将腈类单体和氯化锌在红外光照下混合，于氯化锌熔融状态下反应40~80h得黑色固体；所述腈类单体和氯化锌的摩尔比为1:1~15；

S2：将S1所得黑色固体溶解、过滤、干燥即得所述三嗪环共价有机聚合物。

三嗪环共价有机聚合物以腈类单体作为原料，基于氰基动态可逆三聚环化构筑而成的，氯化锌既作为催化剂，又作为溶剂，在高温下反应数天，腈由于Lewis酸碱相互作用，长时间充分反应形成三嗪环共价有机聚合物。本发明提供的制备方法得到的三嗪环共价有机聚合物的功能团修饰可控，具有π共轭体系极好的电子传导效率，在气体吸附、选择性吸附、多相催化等领域有着极为广阔的应用前景；且氮含量高，有效提高了材料的亲水性和电极的电活性面积。

优选地，S1中所述对苯二腈和氯化锌的摩尔比为1:5。