[发明专利]一种多孔性可控的高比表面积超交联聚合物及其制备方法与应用

说明书

本发明属于有机多孔材料技术领域，具体公开了一种多孔性可控的高比表面积超交联聚合物及其制备方法与应用。本发明以三苯基苯为聚合单体，1,3,5‑三(溴甲基)苯、1,3,5‑三(溴甲基)‑2,4,6‑三甲基苯或1,3,5‑三(溴甲基)‑2,4,6‑三乙基苯为外交联剂，二氯甲烷为溶剂，无水氯化铝为催化剂，在温和条件下合成了具有多级孔结构的超交联聚合物材料。本发明通过改变外交联剂的结构即通过官能团取代改变外交联剂脂肪支链的数量和长度，可有效调控材料的BET比表面积、微孔面积、孔体积等孔结构参数以及高压甲烷存储性能。本发明制备的微孔超交联聚合物具有较高的BET比表面积、Langmuir比表面积、较大的孔体积和良好的高压甲烷存储性能。

技术领域

本发明属于有机多孔材料技术领域，具体涉及一种多孔性可控的高比表面积超交联聚合物及其制备方法与应用。

背景技术

作为天然气的主要成分，CH₄是一种常见的清洁高效能源。由于其储量丰富、廉价易得、低碳排放等优点，CH₄已吸引了大量的研究兴趣。通常，CH₄主要是通过液化天然气(LNG)和压缩天然气(CNG)的方式进行存储，然而LNG需要较低的存储温度(-161℃)和较高的成本，CNG需要较高的存储压力(250bar)和较大的空间，这些都严重制约着CH₄存储的实际应用。为了克服这些不足，吸附天然气(ANG)技术在低压常温下通过多孔材料孔壁和CH₄分子之间的范德瓦尔斯相互作用能较为安全的存储CH₄，已受到广泛关注。值得注意的是，为了提升甲烷在全球未来能源计划中的战略地位，美国国家能源局已将298K/65bar下的甲烷气体存储目标提升为263cm³(STP)cm^-3(体积容量)和0.5g g^-1(重量容量)。

为了获得较高的CH₄存储性能，已有大量的努力致力于研发诸如分子筛、活性炭、碳纳米管、金属有机框架、共价有机网络、共轭微孔聚合物、超交联聚合物和多孔芳香框架等类型多样的固体吸附剂。然而，会昂贵的构筑单体、苛刻的反应条件、较差的机械稳定性、相对较低的CH₄捕获量等因素的制约，这些存储材料的真实CH₄存储性能远低于DOE制定的标准且不利于大规模实际应用。超交联聚合物(HCPs)，作为一类重要的有机多孔材料，具有廉价、较高的BET比表面积、较窄的孔径、多级孔径分布、较好的刚性和良好的热稳定性等特点，已表现出较高的CH₄存储性能和良好的能源存储应用前景。例如，Sozzani等人基于三蝶烯制备了一种BET比表面积和Langmuir比表面积为1592m² g^-1和1895m² g^-1的超交联聚合物，298K/180bar下的CH₄吸附量高达400cm³STP g^-1。