[发明专利]一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用。其中，所述的二维多孔高分子杂化材料由氧化石墨烯表面修饰功能多孔聚合物制得，所述的杂化材料具有二维片状形貌及表面微孔结构。所述的多功能二维多孔高分子杂化材料经过组装为滤水层后，材料微观呈现二维纳米片相互搭接的多孔结构。本发明提供的多功能二维多孔高分子杂化材料兼具了二维氧化石墨烯和功能多孔有机聚合物的结构和功能特性，将其组装为滤水层后具有超高的水渗透性和高效的污染物去除性能，还提供了一种污染物同时检测和分离的一体式解决方案，在环境治理领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及二维纳米材料领域，尤其涉及一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用。

背景技术

多孔聚合物具有孔隙度良好、比表面积高、孔结构可控、化学可修饰等优点，使其基于分子大小、电荷亲和性和化学键上实现了易改性、高吸收、快分离等目标。尽管如此，大多数的吸附剂仍然受到非常缓慢的吸附动力学的影响，达到平衡状态通常需要几分钟甚至几个小时。由于化学和结构性能的协同作用，快速隔离污染的潜力还没有得到充分开发。此外，由于吸附过程的放热性质，使吸附物再生循环使用需要消耗大量的能量。另一方面，氧化石墨烯气凝胶是另一种新型的多孔环境控制材料。同时拥有低密度和巨大的相互连接的大孔隙使氧化石墨烯气凝胶成为收集石油的理想选择。大量的疏水油和有机溶剂对还原氧化石墨烯薄片具有亲和作用。由于氧化石墨烯气凝胶传质通道大，吸附速度快，特别对于是粘度大的油。然而，还原氧化石墨烯表面没有额外的纳米孔，使得氧化石墨烯气凝胶无法收集普通废水处理中的低浓度污染物。因此，需要合适的孔隙结构和功能来进一步扩展氧化石墨烯气凝胶的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料及其制备方法和应用，所述的多功能二维多孔高分子杂化材料兼具了二维氧化石墨烯和功能多孔有机聚合物的结构和功能特性，将其组装为滤水层后具有超高的水渗透性和高效的污染物去除性能。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料，所述的二维多孔高分子杂化材料由氧化石墨烯表面修饰功能多孔聚合物制得。

优选地，所述的功能多孔聚合物由4-氯甲基苯乙烯通过聚合、预交联、超交联造孔和有机功能基团修饰制得。

第二方面，本发明提供了一种多功能二维多孔高分子杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将4-氯甲基苯乙烯与交联剂一混合后滴加到含有氧化石墨烯的水溶液中，升温至60～80℃，加入引发剂，在惰性气氛下回流反应4～8h，用乙醇和/或水清洗混合液，离心分离后冷冻干燥，得到中间产物一；

(2)将步骤(1)制备得到的中间产物一加入到冰醋酸中并搅拌均匀，加入交联剂二和催化剂一，在70～90℃下反应2～4h，再加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，经过滤、洗涤、冷冻干燥，得到中间产物二；

(3)将步骤(2)制备得到的中间产物二分散于溶剂一中，过夜溶胀，在65～85℃下加入催化剂二，搅拌反应12～46h，再加入丙酮/盐酸/水混合溶剂终止反应，经过滤、洗涤、冷冻干燥，得到中间产物三；

(4)将步骤(3)制备得到的中间产物三与N-(2-氨基乙基)咔唑、碳酸铯、无水二甲基甲酰胺混合，在室温下避光连续搅拌反应16～32h，用二甲基甲酰胺和水清洗，离心分离后冷冻干燥，即制备得到多功能二维多孔高分子杂化材料。

优选地，步骤(1)中所述的交联剂一为二乙烯基苯。

优选地，步骤(1)中所述的4-氯甲基苯乙烯与交联剂一的体积比为10～150:1ml/ml。