[发明专利]联苯为基块构筑的多孔芳香骨架材料及其机械球磨制备方法

说明书

一种联苯为基块构筑的多孔芳香骨架材料及其机械球磨制备方法，属于有机多孔材料制备技术领域。通过分析单体和产物的红外光谱，证明聚合反应已经发生。扫描电镜图显示PAF‑107s为尺寸约100nm的不规则球。通过调变联苯、无水FeCl₃和二甲醇缩甲醛的比例，PAF‑107s的多孔性能有所变化。球磨联苯和无水FeCl₃合成的PAF‑107a的BET比表面积为83m²g^‑1。在合成体系中引入二甲醇缩甲醛之后，PAF‑107的BET比表面积得到提升。在联苯、无水FeCl₃和二甲醇缩甲醛的摩尔比例为1：6：6时，PAF‑107c的的BET比表面积高达470m²g^‑1。此外，在273K和298K下，研究了PAF‑107b的乙烷、乙烯和乙炔吸附性能。

技术领域

本发明属于有机多孔材料制备技术领域，具体涉及一种联苯为基块构筑的多孔芳香骨架材料(标记为PAF-107s，PAF＝porous aromatic framework)及其机械球磨制备方法。

背景技术

有机多孔材料是有机构筑基块通过聚合反应形成的一类利用共价键连接的新型多孔材料。结构和组成决定有机多孔材料具有稳定性高、结构可设计、易功能化和孔隙率高等优点。有机多孔材料在气体的吸附和分离、光电和催化等领域具有良好的应用前景。目前，有机多孔材料大多数是在有机溶剂体系中合成的。有机多孔材料走向应用，一方面需要控制原料成本，二要简便的合成工艺。机械研磨法是一种快捷、高效并且相对环保的合成路径。本发明涉及不同比例的联苯、无水FeCl₃以及二甲醇缩甲醛在机械研磨下制备多孔芳香骨架材料(PAF-107s)。

发明内容

本发明目的在于提供多种联苯为基块构筑的多孔芳香骨架材料(PAF-107s，包括PAF-107a、PAF-107b、PAF-107c和PAF-107d)及其机械球磨制备方法。反应原料包括廉价的联苯(安耐吉试剂，85元/500克)、无水FeCl₃(安耐吉试剂，85元/500克)和二甲醇缩甲醛(安耐吉试剂，95元/500毫升)。通过调变上述三种原料的比例，得到PAF-107s的多孔性能有所变化。

a、机械研磨联苯和无水FeCl₃，本发明合成PAF-107a的反应方程式如下：

红外光谱聚合反应发生在连接碳的对位和邻位。

b、机械研磨3种比例的联苯、无水FeCl₃和二甲醇缩甲醛，本发明合成PAF-107b、PAF-107c和PAF-107d的反应方程式如下：

红外光谱聚合反应发生在连接碳原子的邻位和对位。X射线光电子能谱和氧元素分析表明产物中含有氧元素。产物中含醚侧键的比例范围大约在0.9～1.5间。

本专利涉及的聚合反应，以联苯为主要构筑基块，无水FeCl₃作催化剂。

本发明所述的一种机械球磨制备多孔芳香骨架材料的方法，其步骤如下：

(1)PAF-107a的合成

(a)将摩尔比为1：3的联苯和无水FeCl₃加入到不锈钢球磨罐中，随后将球磨罐拧紧；

(b)将球磨罐放入球磨机中球磨0.5h～2h；

(c)打开球磨罐，将得到的产物用1M的HCl、水和无水甲醇依次多次洗涤，随后用无水甲醇索氏提取6～12h；

(d)将步骤(c)的索提产物在100～150℃真空下干燥4～40小时，从而得到PAF-107a；测试表明PAF-107a的BET比表面积为83m² g^-1。