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1、10申请公布号CN102093539A43申请公布日20110615CN102093539ACN102093539A21申请号201010557970322申请日20101124C08G61/00200601C08J9/00200601B01J20/26200601B01J20/28200601B01J20/30200601B01D71/72200601B01J32/00200601B01J31/0620060171申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号72发明人谭必恩李步怡龚瑞妮梁丽芸74专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人夏惠忠54发明名称一种多孔。
2、聚合物材料及其制备方法57摘要本发明提供了一种多孔聚合物材料及其制备方法，本发明提供的这种材料是使用交联剂交联芳香族化合物获得的比表面积高达2000M2G1、孔径尺寸可控范围为03100NM的多孔聚合物材料，可作为催化剂载体、分离膜、储气材料、离子吸附剂。其制备方法为，采用二甲氧基甲烷或氯甲基甲醚为交联剂，以路易斯酸为催化剂，交联各类芳香族化合物，“一步法”获得多孔聚合物材料。该方法的特点是原料低廉易得，制备工艺简单，可根据不同的应用需求灵活选择芳香族化合物的种类。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图16页CN102093545A1/1页2。
3、1一种多孔聚合物材料，其特征在于，这种多孔聚合物材料是以芳香族化合物为原料，将芳香族化合物溶于有机溶剂中，在作为催化剂的路易斯酸存在的条件下，以交联剂交联芳香族化合物获得的比表面积为12000M2G1的多孔聚合物材料，所述的芳香族化合物为所有能进行傅克反应的芳香族化合物中的一种或多种。2根据权利要求1所述的多孔聚合物材料，其特征在于，所述的交联剂可以是氯甲基甲醚或二甲氧基甲烷；所述的有机溶剂可以是1，2二氯乙烷或硝基苯。3根据权利要求1所述的多孔聚合物材料，其特征在于，所述的作为催化剂的路易斯酸可以是无水SNCL4、无水FECL3或无水ALCL3。4一种多孔聚合物材料的制备方法，包括以下步骤常。
4、温下在反应器中加入芳香族化合物、交联剂和有机溶剂，所述的芳香族化合物为所有能进行傅克反应的芳香族化合物中的一种或多种，芳香族化合物溶于有机溶剂后的浓度为0130MOLL1，交联剂与芳香族化合物的摩尔比为011201，磁力搅拌012小时，然后加入作为催化剂的路易斯酸，催化剂与交联剂的摩尔比为011101，保持磁力搅拌，升温至3060，在该温度下反应212小时后再升温至70120，在该温度下反应1072小时，获得褐色悬浊液或极粘稠固液混合物；过滤该悬浊液或极粘稠固液混合物，获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤该固体粗产物三次以除去残留交联剂、溶剂和催化剂，再用甲醇抽提24小时以除去痕量催化剂，最后。
5、减压干燥，获得褐色的多孔聚合物材料。5根据权利要求3所述的多孔聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述的交联剂可以是氯甲基甲醚或二甲氧基甲烷，所述的有机溶剂可以是1，2二氯乙烷或硝基苯；所述的作为催化剂的路易斯酸可以是无水SNCL4、无水FECL3或无水ALCL3。6根据权利要求4所述的多孔聚合物材料的制备方法，其特征在于，改变芳香族化合物与交联剂的比例调节多孔聚合物材料的孔径大小，孔径大小的调节范围为03NM100NM。7根据权利要求4所述的多孔聚合物材料的制备方法，其特征在于，采用不同的芳香族化合物以获得含有不同官能团的多孔聚合物材料。8根据权利要求4所述的多孔聚合物材料的制备方法，其特征在。
6、于，通过改变所用的多种芳香族化合物之间的比例以调控官能团的含量。9权利要求1所述的多孔聚合物材料作为催化剂载体、分离膜、储气材料或离子吸附剂的应用。10权利要求1所述的多孔聚合物材料作为储氢材料、储二氧化碳材料或储甲烷材料的应用。权利要求书CN102093539ACN102093545A1/5页3一种多孔聚合物材料及其制备方法技术领域0001本发明属于新材料技术领域，具体来说，本发明涉及一种多孔聚合物材料及其制备方法。背景技术0002多孔聚合物材料广泛应用作催化剂载体、分离膜、储气材料、离子吸附剂。目前，多孔聚合物材料主要有1苯乙烯类超交联多孔聚合物；2自具微孔聚合物；3聚苯胺类多孔聚合物；4。
7、共轭多孔聚合物；5基于芳香环偶联反应的多孔聚合物。以上多孔聚合物材料的制备方法比较复杂或者需采用昂贵的原料，目前只有苯乙烯类超交联多孔聚合物已实现工业化生产。但是该方法需首先聚合苯乙烯类单体，再将聚合后获得的苯乙烯类聚合物在溶剂中溶解或溶胀，然后进行超交联反应，最终获得苯乙烯类超交联多孔聚合物。此方法在制备过程中一般需要三步，即，聚合溶胀溶解超交联，工艺复杂，能源消耗大。而且可用于工业化生产的苯乙烯类单体非常有限，如果要制备功能性的苯乙烯类超交联多孔聚合物一般还需采用后改性的方法，进一步增加了生产成本。发明内容0003本发明的任务是提供一种多孔聚合物材料，本发明还提供了这种多孔聚合物材料的制备。
8、方法及应用。0004实现本发明的技术方案是0005本发明提供的这种多孔聚合物材料是以芳香族化合物为原料，将芳香族化合物溶于有机溶剂中，在作为催化剂的路易斯酸存在的条件下，以交联剂交联芳香族化合物获得的比表面积为12000M2G1的多孔聚合物材料，所述的芳香族化合物为所有能进行傅克反应的芳香族化合物中的一种或多种；所述的有机溶剂可以是1，2二氯乙烷或硝基苯；所述的作为催化剂的路易斯酸可以是无水SNCL4、无水FECL3或无水ALCL3；所述的交联剂可以是氯甲基甲醚或二甲氧基甲烷，0006本发明提供的这种多孔聚合物材料的制备方法是常温下在反应器中加入芳香族化合物、交联剂和有机溶剂，所述的芳香族化合。
9、物为所有能进行傅克反应的芳香族化合物中的一种或多种，芳香族化合物溶于有机溶剂后的浓度为0130MOLL1，交联剂与芳香族化合物的摩尔比为011201，磁力搅拌012小时，然后加入作为催化剂的路易斯酸，催化剂与交联剂的摩尔比为011101，保持磁力搅拌，升温至3060，在该温度下反应212小时后再升温至70120，在该温度下反应1072小时，获得褐色悬浊液或极粘稠固液混合物；过滤该悬浊液或极粘稠固液混合物，获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤该固体粗产物三次以除去残留交联剂、溶剂和催化剂，再用甲醇抽提24小时以除去痕量催化剂，最后减压干燥，获得褐色的多孔聚合物材料。0007本发明方法中所述的交联。
10、剂可以是氯甲基甲醚或二甲氧基甲烷；所述的有机溶剂可以是1，2二氯乙烷或硝基苯；所述的作为催化剂的路易斯酸可以是无水SNCL4、无水说明书CN102093539ACN102093545A2/5页4FECL3或无水ALCL3。0008在本发明制备方法中，改变芳香族化合物与交联剂的比例可以调节多孔聚合物材料的孔径大小，孔径大小的调节范围为03NM100NM。采用不同的芳香族化合物可以获得含有不同官能团的多孔聚合物材料。还可以通过改变所用的多种芳香族化合物之间的比例来调控官能团的含量，即通过采用不同的芳香族化合物的一种或几种，可以获得含有不同的官能团的多孔聚合物材料；通过改变几种芳香族化合物之间的比例。
11、，可以调控官能团的含量。0009本发明提供的多孔聚合物材料可以作为催化剂载体、分离膜、储气材料及离子吸附剂应用。如作为储气材料，可以作为储氢材料、储二氧化碳材料及储甲烷材料应用。0010在本发明实施例中，通过测定本发明多孔聚合物材料的傅里叶红外光谱和固体核磁图谱证明该材料确实是由芳香族化合物与交联剂反应获得的参见1CDWOOD，BTAN，ATREWIN，HJNIU，DBRADSHAW，MJROSSEINSKY，YZKHIMYAK，NLCAMPBELL，RKIRK，ESTOCKELANDAICOOPER，CHEMISTRYOFMATERIALS，2007，19，20342BLI，FSU，HKLU。
12、O，LLIANGANDBTAN，MICROPOROUSMESOPOROUSMATER，2011，138，207；通过测定氮气吸附解吸附曲线计算本发明多孔聚合物材料的比表面积、孔径尺寸分布；通过测定氢气吸附解吸附曲线计算本发明多孔聚合物材料的储氢量；通过测定二氧化碳吸附解吸附曲线计算本发明多孔聚合物材料的储二氧化碳量。0011本发明采用国内外首创的交联芳香族化合物的方法，“一步法”合成本发明多孔聚合物材料，而且采用的原料是廉价的芳香族化合物，可根据不同的应用需求灵活选择芳香族化合物的种类。因此，本发明具有广泛的工业应用前景。0012本发明的优点在于00131、本发明采用的原料是廉价易得的芳香族化。
13、合物。00142、本发明采用的合成方法非常简单。反应条件温和，可以在一个反应器皿中一步完成材料的合成。00153、本发明采用的合成方法具有广泛的适用性。本发明采用的芳香族化合物可以是所有能发生傅克反应的芳香族化合物的一种或几种。00164、本发明采用的合成方法对产物具有可调控性。可以调控产物的孔径尺寸，可以调控产物的比表面积，可以调控产物的官能团种类和含量。附图说明0017图1，图3，图5，图7，图9，图11分别为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，实施例5，实施例6的中的多孔聚合物的红外图谱IR在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0018。
14、图2，图4，图6，图8，图10，图12分别为实施例1，实施例2，实施例3，实施例4，实施例5，实施例6的中的多孔聚合物的固体核磁碳谱13CSOLIDSTATENMR。在137PPM和130PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0019图13氮气吸附解吸附曲线，根据IUPAC分类，氮气吸附解吸附曲线表明实施例10的多孔聚合物颗粒是微孔材料。孔体积、微孔体积孔分布和比表面积也是由氮气吸附法测定的。说明书CN102093539ACN102093545A3/5页50020图14孔分布曲线，孔分布曲线是采用MICROMERITICSASAP2020M比表面积及孔隙分析仪自带的密度泛函数DFT模型模。
15、拟获得的，该曲线表明实施例10中的多孔聚合物的微孔孔径主要集中在08NM，介孔孔径主要集中在1040NM，计算获得的平均孔径为56NM。0021图15氢气吸附解吸附曲线，氢气吸附解吸附曲线表明实施例10中的多孔聚合物对氢气的吸附解吸附过程是可逆的，可以用作储氢材料，储氢量为145WT。0022图16二氧化碳吸附解吸附曲线，二氧化碳吸附解吸附曲线表明实施例10中的多孔聚合物对二氧化碳的吸附解吸附过程是可逆的，可以用作储二氧化碳材料，储二氧化碳量为135WT。具体实施方式0023实施例10024室温下，在装有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入20ML1，2二氯乙烷，156G苯和456G二甲氧基甲烷。
16、，磁力搅拌02小时。再加入650G无水三氯化铁，升温至45，在该温度下磁力搅拌5小时，然后升温至80，在该温度下磁力搅拌18小时。在上述过程中，一直保持磁力搅拌。过滤反应产物获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤粗产物三次，再在索氏提取器中用甲醇抽提粗产物24小时。最后减压干燥，获得多孔聚合物材料，其红外图谱见附图1，在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明了多孔聚合物具有芳环结构；13C固体核磁图谱见附图2，在137PPM和130PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0025实施例20026室温下，在装有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入20ML1，2二氯乙烷，308。
17、G联苯和304G二甲氧基甲烷，磁力搅拌05小时。再加入650G无水三氯化铁，升温至45，在该温度下磁力搅拌5小时，然后升温至80，在该温度下磁力搅拌18小时。在上述过程中，一直保持磁力搅拌。过滤反应产物获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤粗产物三次，再在索氏提取器中用甲醇抽提粗产物24小时。最后减压干燥，获得多孔聚合物材料，其红外图谱见附图3，在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明了多孔聚合物具有芳环结构；13C固体核磁图谱见附图4，在137PPM和130PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0027实施例30028室温下，在装有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入2。
18、0ML1，2二氯乙烷，186G甲苯和304G氯甲基甲醚，磁力搅拌05小时。再加入650G无水三氯化铁，升温至45，在该温度下磁力搅拌5小时，然后升温至80，在该温度下磁力搅拌18小时。在上述过程中，一直保持磁力搅拌。过滤反应产物获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤粗产物三次，再在索氏提取器中用甲醇抽提粗产物24小时。最后减压干燥，获得多孔聚合物材料，其红外图谱见附图5，在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明了多孔聚合物具有芳环结构；13C固体核磁图谱见附图6，在137PPM和130PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0029实施例4说明书CN102093539AC。
19、N102093545A4/5页60030室温下，在装有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入20ML1，2二氯乙烷，225G氯苯和608G二甲氧基甲烷，磁力搅拌05小时。再加入1300G无水三氯化铝，升温至45，在该温度下磁力搅拌5小时，然后升温至80，在该温度下磁力搅拌48小时。在上述过程中，一直保持磁力搅拌。过滤反应产物获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤粗产物三次，再在索氏提取器中用甲醇抽提粗产物24小时。最后减压干燥，获得多孔聚合物材料，其红外图谱见附图7，在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明了多孔聚合物具有芳环结构；13C固体核磁图谱见附图8，在137PPM和13。
20、0PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0031实施例50032室温下，在装有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入20ML1，2二氯乙烷，078G苯，154联苯和304G二甲氧基甲烷，磁力搅拌05小时。再加入650G无水三氯化铁，升温至45，在该温度下磁力搅拌5小时，然后升温至80，在该温度下磁力搅拌48小时。在上述过程中，一直保持磁力搅拌。过滤反应产物获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤粗产物三次，再在索氏提取器中用甲醇抽提粗产物24小时。最后减压干燥，获得多孔聚合物材料，其红外图谱见附图9，在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明了多孔聚合物具有芳环结构；13C固体。
21、核磁图谱见附图10，在137PPM和130PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0033实施例60034室温下，在装有回流冷凝管、温度计的三口烧瓶中加入10ML1，2二氯乙烷，153G三苯基苯和228G二甲氧基甲烷，磁力搅拌02小时。再加入490G无水三氯化铁，升温至45，在该温度下磁力搅拌5小时，然后升温至80，在该温度下磁力搅拌18小时。在上述过程中，一直保持磁力搅拌。过滤反应产物获得褐色固体粗产物，用乙醚、甲醇洗涤粗产物三次，再在索氏提取器中用甲醇抽提粗产物24小时。最后减压干燥，获得多孔聚合物材料，其红外图谱见附图11，在1600CM1，1500CM1和1450CM1的红外峰证明。
22、了多孔聚合物具有芳环结构；13C固体核磁图谱见附图12，在137PPM和130PPM的核磁峰证明了多孔聚合物具有芳环结构。0035实施例70036如果是工业生产，对于实施例16中所有的磁力搅拌改用机械搅拌以保证传质、传热均匀。0037实施例80038通过改变实施例1中苯与二甲氧基甲烷的比例可以调节多孔聚合物材料的比表面积范围为11400M2G1。随着二甲氧基甲烷与苯的比例的增加，多孔聚合物材料的比表面积先增大后减小，孔径减小。0039改变实施例1中苯与二甲氧基甲烷比例对比表面积的调控举例说明书CN102093539ACN102093545A5/5页7004000410042实施例90043通过。
23、改变实施例5中苯与联苯的比例可以调节多孔聚合物材料的比表面积范围为6501100M2G1。随着苯与联苯的比例的减小，多孔聚合物材料的比表面积减小，孔径减小。0044改变实施例1中苯与二甲氧基甲烷比例对比表面积的调控举例00450046实施例100047利用实施例1制备得到的多孔聚合物材料用于储氢和储二氧化碳的应用，并按IUPAC标准，检测结果如下0048比表面积1391M2G1见说明书附图13；0049孔体积242CM3G1；0050微孔体积051CM3G1P/P0005；0051孔径分布见说明书附图14；0052孔径的测定方法是使用MICROMERITICSASAP2020M比表面积及孔隙分。
24、析仪测定多孔聚合物纳米颗粒氮气吸附解吸附数据，再使用该仪器自带的密度泛函数DFT模型拟合平衡吸附点的压力和吸附量获得孔径数据。0053储氢量145WT见图15。0054储二氧化碳量135见图16。说明书CN102093539ACN102093545A1/16页8图1说明书附图CN102093539ACN102093545A2/16页9图2说明书附图CN102093539ACN102093545A3/16页10图3说明书附图CN102093539ACN102093545A4/16页11图4说明书附图CN102093539ACN102093545A5/16页12图5说明书附图CN102093539。
25、ACN102093545A6/16页13图6说明书附图CN102093539ACN102093545A7/16页14图7说明书附图CN102093539ACN102093545A8/16页15图8说明书附图CN102093539ACN102093545A9/16页16图9说明书附图CN102093539ACN102093545A10/16页17图10说明书附图CN102093539ACN102093545A11/16页18图11说明书附图CN102093539ACN102093545A12/16页19图12说明书附图CN102093539ACN102093545A13/16页20图13说明书附图CN102093539ACN102093545A14/16页21图14说明书附图CN102093539ACN102093545A15/16页22图15说明书附图CN102093539ACN102093545A16/16页23图16说明书附图CN102093539A。