[发明专利]一种超疏水共价有机骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于超疏水材料领域，具体涉及一种超疏水共价有机骨架材料及其制备方法和应用。本发明是以三(4‑硼酸频呢醇酯苯基)胺为构筑基元，和π共轭二溴咔唑单体进行Suzuki偶联反应得到的超疏水共价有机骨架材料LNUs。本发明提供的方法原料易得，制备工艺简单，可满足实际生产需求。本发明制备的超疏水材料接触角可达到150°以上，在强酸、强碱和高温等苛刻条件下均能保持稳定的疏水性能，对多种水和油(或有机溶剂)的混合液进行分离，分离效率均能高达90％以上。经10次循环回收使用后，依然能保持其原本的分离效果，在环境污水中的油水分离处理领域具有很好的实用性。

技术领域

本发明属于超疏水材料领域，具体涉及一种超疏水共价有机骨架材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着石油的不断开采和生产，运输和使用过程中频繁发生的溢油事故以及日用品生产中的含油废水排放严重威胁着人类健康和生态环境，有效的油水分离是目前急需解决的重点问题。为了减少油污染对水环境的不利影响，已采用许多方法来解决溢油和含油废水排放的问题，例如重力分离、离心、脱脂、浮选、混凝和原位燃烧等，然而这些传统方法的应用都是耗时或耗能的，并且受到分离效率低、操作复杂或二次污染的限制。此外，吸附法是从水中去除油类和有机污染物的一种常用方法。然而，用于从水中去除油和有机污染物的传统吸收性材料(例如沸石和活性炭)也有缺点，如吸收能力差、非选择性吸收和难以重复使用等。因此，有效解决油水分离问题，不仅可以治理环境污染问题，同时还可以使资源得到回收利用。

在现实生活中，超疏水材料受到科学家们的广泛关注。受到荷叶超疏水性能的启发，人们对超疏水材料进行了研究。在显微镜下，由于其表面粗糙，当水滴碰到接触面时，受到空气的阻力，给水一种向外的力，从而达到超疏水的效果。当接触角大于90°时，称之为疏水，达到150°以上，可称之为超疏水。目前，科研人员已经开发出许多疏水材料的制备方法，例如自组装、气相沉积、电沉积、等离子处理、静电纺丝和喷涂等。然而多数的超疏水材料在油水实际分离时会涉及一些应用技术问题，例如耐久性很差，特别是当它们在极端条件下如高温、低温或腐蚀性环境等都可能导致表面超疏水性永久丧失，这些材料的缺陷会严重阻碍其在油水分离中的实际应用。

共价有机骨架材料是一类由C、H、B、O、N等轻元素通过共价键连接而形成的新型高分子聚合物，因其丰富的合成路线和独特的物理化学稳定性受到很大关注。共价有机骨架材料大多是疏水材料，这是由于材料的疏水性取决于材料结构中的化学组成和材料表面形貌的粗糙程度。当共价有机骨架材料结构中含疏水性基团，如氟基、烷基长链、碳碳三键、苯环结构和含芳基功能化的基团等，加之材料的粗糙表面形貌，就会具有一定的疏水性能。如果将具有疏水性能的共价有机骨架材料使用到油水分离应用中，有望能够改进以上技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超疏水共价有机骨架材料及其制备方法和应用。本发明以三(4-硼酸频呢醇酯苯基)胺作为构筑基元，和π共轭二溴咔唑单体通过Suzuki偶联反应得到一种超疏水共价有机骨架材料LNUs。该反应条件温和，制备工艺简单可靠。通过简单浸泡法可将LNUs材料负载于柔性织物表面，所得产品超疏水柔性织物可用于环境苛刻下的油水分离领域，具有很好的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种超疏水共价有机骨架材料，是以三(4-硼酸频呢醇酯苯基)胺为构筑基元，和π共轭二溴咔唑单体进行Suzuki偶联反应得到的超疏水共价有机骨架材料LNUs。

上述的一种超疏水共价有机骨架材料，所述的超疏水共价有机骨架材料LNUs具有如下结构式：

上述的一种超疏水共价有机骨架材料的制备方法，包括如下步骤：将三(4-硼酸频呢醇酯苯基)胺和二溴咔唑单体加入有机溶剂溶解，置于反应容器中，利用液氮冷冻并用油泵抽真空通氮气反复三次，将催化剂快速加入反应体系，反复循环脱气，将反应混合物加热并在氮气保护条件下搅拌回流48小时，冷却至室温，过滤、洗涤纯化后真空干燥，得到粉末状共价有机骨架材LNUs。