[发明专利]一种多孔COFs块材及其在同分异构体分离中的应用

说明书

本发明公开了一种多孔COFs块材及其在同分异构体分离中的应用，先将2,4,6‑三(4‑氨基苯基)‑1,3,5‑三嗪(TAPT)和二甲醛类单体通过Shiff‑base反应制备双亲性COFs颗粒，然后利用双亲性COFs颗粒为表面活性剂制备O/W型Pickering乳液，再以Pickering乳液为模板，通过冷冻干燥制备成多孔COFs块材。本发明多孔COFs块材良好的化学稳定性和热稳定性，孔隙率可调、密度可控，且具有较好力学性质可切割成不同几何形状的材料，能够实现2‑硝基甲苯、4‑硝基甲苯及2‑氯硝基苯、4‑氯硝基苯等同分异构体的有效分离，分离回收效率可以达到80％左右，分离后的多孔COFs块材可以循环使用。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种多孔COFs块材，以及该材料在高效率分离同分异构体方面的应用。

背景技术

多孔材料因其比表面积大、密度低、质地轻以及结构多样等特点，因此在催化、分离、新兴能源和健康技术等领域中发挥着越来越重要的作用。随着人类社会进步和科学技术的发展，多孔材料被不断赋予新的要求，以满足人类的需要。多孔材料经历了由天然获取到人工合成、由无机多孔到有机无机掺杂多孔再到多孔有机材料的发展历程。共价有机骨架(COFs)是以轻元素C、O、N和B等通过可逆共价键相连而成的有序晶态多孔材料。COFs可以通过单体的分子设计调整孔道尺寸、孔道结构和表面化学性质。由于其具有高化学稳定性、高比表面积、高度有序等优点，从而在气体储存、光电和催化等领域中具有卓越的应用前景。自2005年Yaghi课题组首次报导COFs以来，这个领域已经获得了快速发展。COFs材料一般是由结构刚性的单体反应而得，因而所得产物主要为粉末形态存在。但是，COFs粉末溶解度极低，给后序加工应用带来很大的困难。因此，如何制备COFs并将其加工成可应用的材料形式尤为重要。

同分异构体由于相同的分子式和相同的化学键，往往有着相同或相似的化学性质，在有机化合物中种类极其繁多数量巨大，但是在作为合成中间体或者功能分子的时候需要明确的分子结构，因此这类化合物的分离面临更多的困难和挑战。传统的方法有普通精馏法、熔融结晶法、凝固点法、气相色谱法，但是经常遇到能耗过高和分离效果不理想的问题。例如，2-硝基甲苯、4-硝基甲苯及2-氯硝基苯、4-氯硝基苯等同分异构体是一类重要的有机合成中间体，在合成医药、农药及染料等领域有广泛的应用。对它们的分离目前主要以高能耗的精馏为主要手段，因此发展此类化合物同分异构体的高效和绿色分离具有重要的研究意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多孔COFs块材，以及该块材在高效率分离同分异构体方面的应用。

为了达到上述目的，本发明多孔COFs块材由下述方法制备得到：

1、制备双亲性COFs颗粒

以1,2-二氯苯和均三甲苯为混合溶剂，在无水无氧条件下，将2,4,6-三(4-氨基苯基)-1,3,5-三嗪和式I所示二甲醛类单体在100～130℃下静置反应5～7天，离心分离沉淀物，用无水四氢呋喃洗涤，通过索氏提取器萃取，产物真空干燥，得到结构单元为式II所示的双亲性COFs颗粒；

式I和II中，R代表H或C₁～C₃烷基。

2、制备O/W型Pickering乳液

在室温条件下，以含双亲胆固醇的均三甲苯为油相、质量浓度为1％～3％的聚乙烯醇水溶液为水相、步骤1制备的双亲性COFs颗粒为表面活性剂，制备成O/W型Pickering乳液，所述O/W型Pickering乳液中水相的体积含量为30％～70％、双亲性COFs颗粒的含量为0.02～0.05g/mL、双亲胆固醇的含量为0.006～0.009g/mL；其中所述的双亲胆固醇的结构式如下所示：

式中n为4～10的整数。