新型层次孔聚合物的结构调控及吸附行为

在成功制备新型层次孔聚合物(nHPP)的基础上,表征了nHPP的微纳结构,详细研究了傅克超交联条件对其孔隙结构的影响,并进一步考察了nHPP对水中有机小分子染料的吸附性能。实验结果表明,nHPP呈现由中空聚合物纳米球相互堆叠构成的三维纳米网络结构,其中空聚合物纳米球粒径约为154 nm,壳层聚合物厚度约为7 nm;聚合物骨架含大量微孔结构,聚合物纳米球相互堆砌及其中空腔体共同形成了中/大孔结构,从而显现出典型的层次孔结构。nHPP的BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积、微孔比表面积、总孔容和微孔孔容等孔结构参数可通过超交联反应温度和催化剂添加量进行调控。nHPP丰富的层次化孔隙结构赋予其稳定、高效、环保的良好性能,表现为对水中刚果红(CR,Congo red)良好的吸附效果,且吸附过程初期主要由CR在吸附剂外部液膜中的扩散控制,后期主要由CR在吸附剂内部层次孔道中的扩散控制。

反应性模板剂诱导原位超交联法制备层次孔聚合物和碳材料

首先设计合成出新颖反应性Si O2模板剂(即表面含苄基氯化学官能团的Si O2纳米球),然后利用1,4-对二氯苄(DCX)作为自交联功能单体,成功地发展了一种"反应性模板剂诱导原位超交联法"制备层次孔聚合物(HPP)及其层次孔碳材料(HPC)的新思路:一方面,DCX作为有机单体分子,可与Si O2纳米球表面的苄基氯化学官能团原位反应形成共价键,极大地增强了聚合物前驱体和模板剂的相互作用力,有利于模板剂的高度单分散和表面均匀包覆共价有机聚合物;另一方面,DCX分子可以发生自交联反应,免去交联剂的额外添加,简化了制备流程.利用该法所得HPP具有独特的微孔-中孔-大孔呈层次化分布的孔结构特征:微孔壳-大孔腔空心纳米球之间相互交联堆叠形成丰富的中孔和大孔,各层次纳米孔道紧密相连.进一步地,HPP的共价有机骨架具有超交联化学结构,可确保这类层次孔纳米结构在高温碳化过程中的稳定继承,由此制得HPC,其BET比表面积为756 m2·g-1.