[发明专利]一种多孔聚合物薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种多孔薄膜，具体涉及一种多孔聚合物薄膜及其制备方法与应用；所述多孔聚合物薄膜的制备方法，包括：以含有咔唑基的线型聚合物为原料，进行原位化学反应；所述原位化学反应为氧化偶联反应或傅克反应。利用所述制备方法制得的多孔聚合物薄膜的比表面积较高、且结构完整，孔道的可达性、以及薄膜的透过性良好。本发明选用含有咔唑基的线性聚合物为原料，经过原位化学反应制得多孔聚合物薄膜；无需使用贵金属催化剂，所使用氧化剂、催化剂价格低廉；无需额外添加成孔剂、基底或填料；并且，反应条件温和、效率高，操作简便；所述多孔聚合物薄膜可应用于二氧化碳吸附、水中有机污染物分离等领域。

技术领域

本发明涉及一种多孔薄膜，具体涉及一种多孔聚合物薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

在工业迅速发展和环境污染日益严重的情况下，降低能耗以实现物质的分离提纯尤为重要。重要的工业分离过程包括原油中石油提取、烷烃烯烃混合物分离、海水中提取铀、温室气体捕获、工业污染废水后处理等；利用低能耗的方法实现分离最佳，因此膜材料的开发与应用是本领域技术人员的研究重点。

对致密的聚合物膜而言，利用混合体系中各分子在其中的溶解和扩散速度不同进而实现物质分离；多孔膜，比如混合基质膜和多孔聚合物膜，一般具有特征孔道结构，可以通过孔尺寸效应，有效拦截尺寸大的分子；膜两侧的浓度梯度或压力梯度成为物质分离的动力，物质的透过性和选择性在膜分离过程中互相制衡。致密的聚合物膜通量和分离物质速率较低，而混合基质膜也面临多孔纳米材料在聚合物基质中相容性稳定性较差的问题，因此开发具有纳米孔道结构的有机聚合物薄膜对于后续的物质分离应用颇为重要。

多孔有机聚合物(POPs)是一类由有机构筑单元通过多种化学反应相互连接而成的新型多孔材料，具有高比表面积、单体可设计性、易于功能化、高稳定性等优势。POPs可简单地分为线型的自具微孔聚合物(PIMs)和其他交联网状多孔聚合物，如共轭微孔聚合物(CMPs)、超交联多孔聚合物(HCPs)、共价有机框架聚合物(COFs)等；交联网状多孔聚合物一般含有大量刚性强的苯环结构，尽管其具有丰富的孔道结构和高比表面积，但不溶不熔，难以加工成型等劣势大大限制了其应用。关于POPs膜的研究主要包括可溶POPs旋涂成膜，界面聚合、剥离法或在基底上生长制备CMP膜或COF膜，以及POPs膜在气体分离，有机溶剂纳滤，离子分离，海水淡化，智能涂层等方面的应用。但上述复杂的膜制备方法限制了膜原料的选择及其应用的拓展，因此，利用简单易行的方法制备更多可加工成型的有机多孔膜成为拓展其应用场景的研究基础和方向。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种多孔聚合物薄膜的制备方法，包括：以含有咔唑基的线型聚合物为原料，进行原位化学反应；所述原位化学反应为氧化偶联反应或傅克反应(Friedel-Crafts反应)。

本发明利用原位化学反应可实现一步法制备多孔聚合物薄膜，无需使用贵金属催化剂，所使用氧化剂、催化剂价格低廉；无需添加成孔剂、基底、以及填料；该方法反应条件温和、操作简便、效率高；所得多孔聚合物薄膜具有丰富微孔结构。

作为优选，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将所述含有咔唑基的线型聚合物在有机溶剂中溶解，得聚合物溶液；待所述有机溶剂挥发后，得聚合物薄膜；

(2)将所述聚合物薄膜进行氧化偶联反应或傅克反应。

在具体的实施方式中，可选用聚四氟乙烯模具；即将聚合物溶液置于聚四氟乙烯模具中，待有机溶剂挥发后，得聚合物薄膜。

作为优选，所述含有咔唑基的线型聚合物选自聚(N-乙烯基咔唑)(PVK)、聚(N-乙烯基咔唑)-聚苯乙烯嵌段共聚物、聚(3-乙烯基咔唑)中的一种或几种。

作为优选，所述有机溶剂选自无水氯仿、四氢呋喃、二氯甲烷、甲苯中的一种或几种。