[发明专利]掺氮类多孔有机骨架固体碱材料及其制备方法和应用

说明书

本申请提供一种掺氮类多孔有机骨架固体碱材料及其制备方法和应用，属于高分子物质加工成多孔或蜂窝状制品或材料技术领域。以二氯甲烷/二氯乙烷为溶剂，对氯甲基苯乙烯和对氨基苯乙烯为单体经交联反应形成，材料孔径为2‑30nm，孔容为0.34‑1.62cm³/g，比表面积为350‑800m²/g。采用本方案的掺氮类多孔有机骨架固体碱材料进行二氧化碳吸附，不仅制备成本低，工序简单，且吸附量在57.0‑247.7mg(二氧化碳)/g(吸附剂)，可实现快速脱附，循环使用次数≥5次。

技术领域

本申请涉及一种掺氮类多孔有机骨架固体碱材料及其制备方法和应用，属于高分子物质加工成多孔或蜂窝状制品或材料。

背景技术

近年来，随着工业全球化的快速发展，人们的物质生活得到了大幅改善，然而，科技的发展是一把双刃剑，促进社会快速发展的同时，环境问题也成为各个国家所面临的难题。各类环境问题之中，二氧化碳气体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。在我国，建立低碳环保型城市已经受到了高度的重视。

为有效减少空气中过量的二氧化碳，制备对二氧化碳具有选择性吸附性能的材料是最为有效的途径，传统的二氧化碳吸附材料如：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，上述强碱腐蚀性强、再生困难等缺点限制了其广泛应用，尤其是在当今强调绿色化学和原子经济学的主题下，传统的强碱很难满足二氧化碳吸附的实际应用。

多孔材料具有大的比表面积和孔容，其由可调变的孔结构和骨架组成，自从诞生开始就在吸附、分离和催化领域表现出其他材料难以比拟的性能。所以把纳米多孔材料应用到二氧化碳吸附自然也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被各国的科学家广泛的制备，并取得了其他材料难以比拟的吸附效果。

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(COF)等等，上述材料对二氧化碳显示了一定的吸附能力，但都存在一定的缺陷：

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，但吸附容量有限，且与二氧化碳间存在较强的作用力，材料再生困难；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^-1at 55bar 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，特别是MOF，该材料的稳定性相对较差，这些问题使得该材料在二氧化碳吸附上的应用前景令人担忧。

同时，上述常见多孔二氧化碳吸附材料还存在一个共同问题：再生过程中二氧化碳有效脱附困难，严重影响着二氧化碳吸附材料的再生，这限制了二氧化碳吸附材料的广泛应用。

发明内容

有鉴于此，本申请首先提供了一种可降低成本、减少合成工序的新型掺氮类多孔有机骨架固体碱材料。

具体地，本申请是通过以下方案实现的：

一种掺氮类多孔有机骨架固体碱材料，以对氯甲基苯乙烯和对氨基苯乙烯为单体经交联反应形成，材料孔径为2-30nm，孔容为0.34-1.62cm³/g，比表面积为350-800m²/g。