CN106008809B - 含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物及其制备方法和应用。所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物由含三氮唑盐官能团重复单元的线性结构单元和交联结构单元构成。所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法包括:含三氮唑盐官能团的乙烯基单体和交联用乙烯基单体经反相悬浮自由基交联共聚反应得到,或者由功能性多孔交联聚合物和3‑氨基‑1,2,4‑三氮唑盐反应得到。该制备方法的特点是,反应条件温和,合成简单,成本较低,利于大规模生产应用。所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物应用于CO2吸附时具有较高的CO2吸附量,在10℃下,其CO2平衡吸附量可达到249.45mg/g,且循环稳定性良好。
Description
技术领域
本发明属于功能聚合物材料领域,尤其涉及含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着国家工业化进程的进行,能源的消耗呈现出爆炸式增长的趋势。在当今能源结构中,化石燃料占总能源消耗的85%,并伴随着大量温室气体CO2的排放。大量CO2的排放,意味着温室效应的加剧,而其引起的全球性气候变化,必将带来冰川融化,海平面上升等问题,对人类的生存与发展带来巨大的威胁。因此联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)要求,全球CO2排放量应降低至2000年排放水平的50-85%,使大气中CO2含量控制在350~400ppm之间。为了控制空气中的CO2浓度,二氧化碳的捕集封存与利用技术(CCUS)在近年来得到了广泛的关注。
CO2的捕集方法有吸收、吸附和膜分离等。目前,仅有醇胺水溶液吸收法获得了一定程度的工业应用。吸收法效率高,但也存在着一些固有的缺点,对设备的腐蚀性强,醇胺易挥发,在高温下分解产生有毒副产物,同时其溶液再生过程需加热大量的水以克服水的显热以及汽化潜热,能耗巨大,使得CO2分离成本较高。
吸附法利用不同气体分子与多孔吸附剂表面的活性点之间作用力的差异,实现气体混合物中不同组分的分离。常见的吸附剂大致可分为金属氧化物类、纤维类、活性炭类、分子筛类、沸石类和碳纳米管类等。但物理吸附剂往往吸附量偏低。为了克服物理吸附量低的缺点,通常将液体有机胺通过物理浸渍或者化学嫁接法负载到多孔介质载体或聚合物上,从而制备成固体胺吸附剂。
固体胺吸附剂对CO2的吸附量可以得到明显提升,如文献(Chemistry-A EuropeanJournal.,2008,14:3442-3451)报道了四乙烯五胺修饰的MCM-41固体胺吸附剂在298K,1bar下,CO2吸附量可到达5.59mmol/g。但固体胺吸附剂的修饰反应中,有机胺的用量往往较大,反应的原子经济性较低。文献(Journal of Materials Research.,2013,28:2881-2889)利用聚丙烯纤维辐射共聚接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯后,经三乙烯四胺修饰,制备了一种新型固态胺纤维吸附剂类材料用于CO2的捕获,但未见其明显的开孔结构。
多孔聚合物作为一类由有机结构单元连接而形成的多孔材料,由于其孔结构和功能基团的可设计性,在气体分离、储存等领域具有广阔的应用前景。文献(Polymer.,2015,61:36-41;Macromolecules.,2011,44:2410-2414)报道的有机微孔聚合物具有超高比表面积,但与CO2之间仍是物理结合,因此CO2吸附量偏低。文献(Polymer.,2013,54:596-600;Chemistry of Materials.,2012,24:1511-1517)利用含氨基单体合成了氨基功能化的微孔聚合物,但通过偶联反应的合成路线使用了Pd、Ni等重金属催化剂催化,增加了成本,难以实现产业化生产。文献(ACS Sustainable Chemistry&Engineering.,2015,3:3077-3085)报道的选择性吸附二氧化碳的多孔聚合物吸附剂,由卤化苄单体与伯胺类单体聚合而成,制备过程无需采用催化剂,但制备方法相对复杂,类似于多孔聚合物体系(中国发明专利CN 104193969 A,CN 105399928 A),均需事先经多步合成得到功能化的前聚体,再经聚合得到。
文献(Macromolecules.,2005,8:2037-2039;Journal of Polymer Science:PartA:Polymer Chemistry.,2005,43:1432-1443)将咪唑类离子液体引入聚合物结构中得到离子型聚合物用于CO2吸收,但该聚合物是一种线型阳离子型聚合物。文献(Polymer.,2014,55:385-394;Energy Procedia.,2014,63:2317-2322)通过4-乙烯基苄基氯和二乙烯基苯利用高内相乳液模板法交联共聚形成多孔聚合物,再与三甲胺季铵化、KOH离子交换改性,或与乙二胺、哌嗪、氨基哌啶和咪唑分别进行官能化,以提高其CO2吸附量,但体系较高含量的交联结构单元使得可官能化的有效基团含量相对偏低。因此,研究开发具有高CO2吸附量,同时易于制备、成本较低的新型吸附剂,仍是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种低成本、高CO2吸附量、循环稳定性良好的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物吸附剂及其制备方法。
一种含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物,由结构式(Ⅰ)所示的线性结构单元和结构式(Ⅱ)所示的交联结构单元构成,
式中,为碱金属阳离子或一价有机阳离子;R1为氢原子或甲基;R2为结构式(Ⅲ)~(Ⅴ)所示基团中的一个;R3为结构式(Ⅵ)~(Ⅹ)所示基团中的一个。
所述的线性结构单元与交联结构单元的摩尔比为9~199:1。交联结构单元在体系中含量较低,使得带有效基团的线性结构单元含量相对较高,因此,所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物作为吸附剂具有较高CO2吸附量。
所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的孔隙率≥50%,比表面积≥0.1m2/g。
本发明还提供了一种含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,包括:
由结构式(Ⅺ)所示的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体的水溶液和结构式(Ⅻ)所示的交联用乙烯基单体在引发剂的作用下,加入分散剂和分散介质,经反相悬浮自由基交联共聚反应制得含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物。
所述的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体与交联用乙烯基单体的摩尔比为9~199:1。
所述含三氮唑盐官能团的乙烯基单体水溶液的质量分数为10~90%。
所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钾-亚硫酸钠、过硫酸钾-亚硫酸氢钠、过硫酸铵-亚硫酸钠或过硫酸铵-亚硫酸氢钠;所述引发剂的投加量为所述含三氮唑盐官能团的乙烯基单体质量的0.05~5%。
所述分散剂为Span60、Span80或Tween80;所述分散剂的投加量为所述含三氮唑盐官能团的乙烯基单体质量的0.05~5%。
所述分散介质为环己烷、正己烷、正庚烷或石油醚;所述分散介质的用量为单体水溶液体积的1~10倍。
所述的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体的制备步骤如下:
(ⅰ)将3-氨基-1,2,4-三氮唑溶于溶剂中,加入功能性乙烯基单体和阻聚剂,反应结束后得到含三氮唑官能团的乙烯基单体;
(ⅱ)含三氮唑官能团的乙烯基单体和碱中和反应得到含三氮唑盐官能团的乙烯基单体。
步骤(ⅰ)中,所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺或二甲基亚砜;所述3-氨基-1,2,4-三氮唑的浓度为0.1~5mol/L。
3-氨基-1,2,4-三氮唑和所述功能性乙烯基单体的摩尔比为0.8~1:1。
步骤(ⅰ)中,所述阻聚剂为对羟基苯甲醚、对苯二酚、对苯醌、甲基氢醌或2-叔丁基对苯二酚;所述阻聚剂的投加量为3-氨基-1,2,4-三氮唑质量的0.05~2%。
步骤(ⅱ)中,所述碱为氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氨水,所述碱和含三氮唑官能团的乙烯基单体的摩尔比为1:1。
本发明还提供了另一种含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,包括:
(1)将分散剂溶于溶剂中,构成连续相;功能性乙烯基单体、交联用乙烯基单体和致孔剂构成分散相;
(2)将分散相加入连续相中,加入引发剂,经悬浮自由基交联共聚反应或反相悬浮自由基交联共聚反应,制得功能性多孔交联聚合物;
(3)将功能性多孔交联聚合物在水和乙醇混合液中溶胀,在溶胀体系中加入3-氨基-1,2,4-三氮唑碱盐,制得含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物。
该制备方法先制备功能性多孔交联聚合物,后修饰三氮唑盐官能团,由于功能性多孔交联聚合物制备工艺相对成熟,其孔结构更易控制,同时后修饰合成路线,反应条件温和,合成简单;
而另一种制备方法中,使用含三氮唑盐官能团的乙烯基单体直接聚合制备多孔交联聚合物,可避免后修饰反应中3-氨基-1,2,4-三氮唑碱盐用量较大的问题,提高反应的原子经济性。
步骤(1)中,所述分散剂为Span60、Span80、Tween80、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇;所述分散剂的投加量为所述功能性乙烯基单体质量的0.05~5%。
步骤(1)中,所述溶剂为水、环己烷、正己烷、正庚烷或石油醚。
所述的功能性乙烯基单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯或4-乙烯基苄基氯。
所述的交联用乙烯基单体选自二乙烯基苯、N,N-亚甲基二丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、一缩二乙二醇二丙烯酸酯、一缩二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯或季戊四醇四甲基丙烯酸酯。
所述的功能性乙烯基单体与交联用乙烯基单体的摩尔比为9~199:1;
所述致孔剂为甲苯、正庚烷和聚丙二醇中的至少一种;所述致孔剂的投加量为所述功能性乙烯基单体质量的10~300%。
步骤(2)中,所述连续相和分散相的质量比为1~10:1。
步骤(2)中,所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈;所述引发剂的投加量为所述功能性乙烯基单体质量的0.05~5%。
步骤(3)中,所述混合液中,水和乙醇的体积比为0.5~2:1,所述3-氨基-1,2,4-三氮唑盐在混合液中的浓度为0.5~10mol/L。
所述3-氨基-1,2,4-三氮唑盐的投加量为所述功能性多孔交联聚合物质量的1~15倍。
本发明还公开了一种含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的应用,将所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物作为吸附剂,用于从工业混合气体或空气中捕集、分离CO2。含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物中的三氮唑盐官能团可以等摩尔吸附CO2,具有优异的热稳定性和CO2吸附性能,而交联聚合物形成的多孔结构有利于CO2气体分子在聚合物表面扩散,提高了其吸附速率。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供了含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,反应条件温和,合成简单,成本较低,利于大规模生产应用;
(2)本发明提供的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物,应用于吸附CO2和从混合气体中捕集、分离CO2,循环稳定性良好;
(3)本发明提供的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物应用于吸附CO2时,在温度为10℃,气压为一个大气压的条件下,CO2平衡吸附量可达到249.45mg/g。
附图说明:
图1为本发明实施例3制备的多孔交联聚合物E和含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的红外光谱对比图;
图2为本发明实施例3制备的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的SEM图(放大5000倍);
图3为本发明实施例3制备的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F在不同温度下的CO2吸附量曲线图;
图4为本发明实施例3制备的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的CO2吸附/脱附循环曲线图。
具体实施方式:
下面结合附图和实施例对本发明进行具体描述,但本发明不限于这些实施例。
下述实施例中所采用的测试分析方法如下:
傅里叶红外光谱FTIR:采用红外光谱仪(Nicolet 5700)测定,采用压片法制备测试样品:将1mg待测样和150mg的KBr共同研磨,压成半透明薄片。
孔隙率Фvp和平均孔径rp:采用美国麦克默瑞提克公司的压汞仪(AutoPore IV9510)测定。
比表面积Ap:采用美国QUANTACHROME仪器公司的气体吸附仪(AutoSorb-1-C)测定,测量前120℃真空脱气24h。
表面形态结构:采用场发射电子扫描电子显微镜(SEM)观察得到,型号Utral 55,厂家德国卡尔蔡司,观察前真空镀金120s。
实施例1:
(ⅰ)准确称量1.6816g(0.02mol)3-氨基-1,2,4-三氮唑溶解于20mLN,N-二甲基甲酰胺DMF中,并加入2.0238g(0.02mol)缚酸剂三乙胺,通氮气。准确称量2.0906g(0.02mol)甲基丙烯酰氯和0.0017g(0.1wt%)阻聚剂对羟基苯甲醚MEHQ,加入5mL DMF混合后置于恒压滴液漏斗内,体系置于0℃冰水浴中,搅拌下滴加至体系中并于15min滴加完毕。冰水浴下反应3h。反应结束后抽滤。滤液在70℃下旋转蒸发30min除去溶剂DMF。旋转蒸发至剩余少量溶剂后,加入大量环己烷和少量水进行沉淀析出。过滤,40℃下真空干燥12h,得到含三氮唑官能团的乙烯基单体A。
(ⅱ)准确称量1.5411g(0.01mol)含三氮唑官能团的乙烯基单体A和0.4g(0.01mol)NaOH,加入蒸馏水配制成50wt%的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体溶液。
准确称量0.0308g(2wt%)N,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.0154g(1wt%)引发剂过硫酸钾KPS溶解于含三氮唑盐官能团的乙烯基单体溶液中,置于恒压滴液漏斗,通N2排空0.5h。在装有冷凝管、搅拌装置和氮气导入管的四口烧瓶中加入0.0154g(1wt%)分散剂山梨糖醇脂肪酸酯类Span60和油水体积比为4:1的分散介质环己烷,通N20.5h后,将溶液滴入四口烧瓶中,在搅拌速度为550rpm、温度为70℃的条件下反相悬浮聚合反应8h。反应结束后,倾倒出上层溶剂,所得的交联共聚物多孔颗粒倒入甲醇中,以除去颗粒表面的分散剂,然后过滤,70℃下真空干燥12h,得到含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物B。
实施例2:
(1)准确称量0.0031g(0.05wt%)分散剂聚乙烯吡咯烷酮PVP溶于6.09g的水中,构成连续相,加入到装有搅拌器、冷凝管及N2进气管的四口瓶中;准确称量1g 4-乙烯基苄基氯VBC,0.02g(2wt%)交联剂二乙烯基苯和1g(100wt%)致孔剂正庚烷构成分散相。
(2)将分散相加入连续相中,搅拌30min。准确称量0.01g(1wt%)引发剂偶氮二异庚腈,加入四口烧瓶中,在400rpm搅拌下将体系温度升高至65℃,悬浮聚合反应8h。结束反应,过滤,分别用蒸馏水、乙醇多次洗涤,于70℃下真空干燥12h,得到多孔交联聚合物C。
准确称量16.816g(0.2mol)3-氨基-1,2,4-三氮唑ATA和8g(0.2mol)氢氧化钠,200mL去离子水,依次加入到一个500mL的单口烧瓶中,室温下搅拌反应12h。旋转蒸发除去水,70℃下真空干燥24h,得到3-氨基-1,2,4-三氮唑钠ATANa。
(3)准确称量1g多孔交联聚合物C置于水与乙醇的混合溶剂(5mL:5mL)中,溶胀24h后,加入0.05g(5wt%)NaOH和6.95g ATANa,于80℃下反应36h。结束后,滤出产物,分别用蒸馏水和乙醇洗涤,70℃干燥12h,得到含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物D。
实施例3:
(1)准确称量0.0091g(0.05wt%)分散剂聚乙烯醇PVA溶于18.27g的NaCl水溶液(NaCl的质量分数为7%)中,构成连续相,加入到装有搅拌器、冷凝管及N2进气管的四口瓶中。准确称量3g甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA,0.06g(2wt%)交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯和4.5g(150wt%)致孔剂甲苯构成分散相。
(2)将分散相加入连续相中,搅拌30min。准确称量0.03g(1wt%)引发剂偶氮二异丁腈AIBN,加入四口烧瓶中,在400rpm搅拌下将体系温度升高至65℃,悬浮聚合反应2h,然后80℃,悬浮聚合反应6h。结束反应,过滤,分别用蒸馏水、乙醇多次洗涤,于70℃下真空干燥12h,得到多孔交联聚合物E。
经测试,多孔交联聚合物E的孔隙率Фvp为56.75%,平均孔径rp为530.3nm,比表面积Ap为0.38m2/g。
(3)准确称量1g多孔交联聚合物E置于水与乙醇的混合溶剂(5mL:5mL)中,溶胀24h后,加入0.05g(5wt%)NaOH和6.96g ATANa,于80℃下反应48h。结束后,滤出产物,分布用蒸馏水和乙醇洗涤,70℃干燥12h,得到含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F。
经测试,含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的胺化率为98.97%,孔隙率Фvp为53.68%,平均孔径rp为4613.3nm,比表面积Ap为0.35m2/g。
本实施例制备多孔交联聚合物E和含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的孔隙率Фvp、平均孔径rp和比表面积Ap孔结构参数归纳于表1中。
表1多孔交联聚合物E和含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的孔结构参数
多孔交联聚合物E经过ATANa的胺化,使得多孔交联聚合物E的孔隙率Фvp和比表面积Ap降低,而平均孔径rp增加。这是因为随着ATANa的胺化,多孔交联聚合物E微球内的纳米孔逐渐被填满直至消失,只留下较大的微米孔。由于大量微米孔的存在,仍然保持了充分的孔隙率,这对CO2吸附和脱附过程十分重要。
本实施例制备的多孔交联聚合物E和含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的红外光谱对比图如图1所示。由图中可见,906.4和847.1cm-1处的环氧基团特征吸收峰的减弱,表明在ATANa的作用下,多孔交联聚合物E中的环氧键发生了开环反应。在1558.0和1635.6cm-1处产生了新的峰,说明了经过ATANa胺化后-NH-基团的生成。
本实施例制备的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的SEM图(放大5000倍)如图2所示。由图中可见,含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F表面存在明显的孔结构。
对本实施例制备的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F在不同温度下进行CO2吸附测试,测试条件为:在常压下吸附,CO2流速60mL/min。得到的CO2吸附曲线如图3所示,具体CO2吸附量归纳在表2中。
表2不同温度下的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F的CO2吸附量
随着温度的升高,体系更快达到吸附平衡,但含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F对CO2吸附量降低。这是因为CO2吸附反应是个放热过程,升高温度会促使平衡向逆反应方向移动。尽管如此,在90℃下,含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F对CO2的吸附量仍然达到1mmol/g。这表明含三氮唑盐官能团的多孔聚合物在较高的温度下也能有效吸附CO2,在高温CO2吸附中也有一定应用潜力。
对本实施例制备的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物F进行CO2吸附/脱附循环测试,结果如图4所示。测试条件为:在30℃,常压下吸附,CO2流速60mL/min;在120℃、常压下脱附,N2流速60mL/min。经过3个CO2吸附-脱附循环过程,含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物体系仍具有良好的CO2吸附-脱附循环稳定性。
Claims (9)
1.一种含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物,其特征在于,由结构式(Ⅰ)所示的线性结构单元和结构式(Ⅱ)所示的交联结构单元构成,
式中,为碱金属阳离子或一价有机阳离子;R1为氢原子或甲基;R2为结构式(Ⅲ)~(Ⅴ)所示基团中的一个;R3为结构式(Ⅵ)~(Ⅹ)所示基团中的一个。
2.根据权利要求1所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物,其特征在于,所述的线性结构单元与交联结构单元的摩尔比为9~199:1。
3.根据权利要求1所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物,其特征在于,所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的孔隙率≥50%,比表面积≥0.1m2/g。
4.一种根据权利要求1所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,其特征在于,由结构式(Ⅺ)所示的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体水溶液和结构式(Ⅻ)所示的交联用乙烯基单体在引发剂的作用下,加入分散剂和分散介质,经反相悬浮自由基交联共聚反应制得含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物;所述的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体与交联用乙烯基单体的摩尔比为9~199:1;
式中,R1、R2、R3和的定义如权利要求1所述。
5.根据权利要求4所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,其特征在于,所述的含三氮唑盐官能团的乙烯基单体的制备步骤如下:
(ⅰ)将3-氨基-1,2,4-三氮唑溶于溶剂中,加入功能性乙烯基单体和阻聚剂,反应结束后得到含三氮唑官能团的乙烯基单体;
(ⅱ)含三氮唑官能团的乙烯基单体和碱中和反应得到含三氮唑盐官能团的乙烯基单体。
6.一种根据权利要求1所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,其特征在于,包括:(1)将分散剂溶于溶剂中,构成连续相;功能性乙烯基单体、交联用乙烯基单体和致孔剂构成分散相;所述的功能性乙烯基单体与交联用乙烯基单体的摩尔比为9~199:1;(2)将分散相加入连续相中,加入引发剂,经悬浮自由基交联共聚反应或反相悬浮自由基交联共聚反应,制得功能性多孔交联聚合物;(3)将功能性多孔交联聚合物在水和乙醇混合液中溶胀,在溶胀体系中加入3-氨基-1,2,4-三氮唑盐,制得含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物。
7.根据权利要求5或6所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,其特征在于,所述的功能性乙烯基单体选自丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯或4-乙烯基苄基氯。
8.根据权利要求4或6所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的制备方法,其特征在于,所述的交联用乙烯基单体选自二乙烯基苯、N,N-亚甲基二丙烯酰胺、乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、一缩二乙二醇二丙烯酸酯、一缩二乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯或季戊四醇四甲基丙烯酸酯。
9.一种根据权利要求1所述的含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物的应用,其特征在于,将所述含三氮唑盐官能团的多孔交联聚合物作为吸附剂,用于从工业混合气体或空气中捕集、分离CO2。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102180912A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-09-14 | 南开大学 | 一种基于镉和钠杂核簇的微孔配位聚合物材料及其制备方法与应用 |
CN103788279A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-05-14 | 绍兴文理学院 | 超疏水聚合型纳米多孔固体碱材料及其制备方法 |
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CN104961772A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-07 | 西北大学 | 一种用于co2吸附分离的金属有机框架材料的制备方法 |
CN105233885A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-01-13 | 浙江大学 | 一种利用阴离子功能化的大孔树脂实现co2高效捕集的方法 |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102180912A (zh) * | 2011-03-30 | 2011-09-14 | 南开大学 | 一种基于镉和钠杂核簇的微孔配位聚合物材料及其制备方法与应用 |
CN102764566B (zh) * | 2012-07-27 | 2014-05-21 | 浙江大学 | 一种氮唑金属盐溶液酸性气体吸收剂及其应用 |
JP2016516677A (ja) * | 2013-03-11 | 2016-06-09 | ユーティーアイ リミテッド パートナーシップ | 金属有機フレームワーク、その製造および使用 |
CN103788279A (zh) * | 2014-01-21 | 2014-05-14 | 绍兴文理学院 | 超疏水聚合型纳米多孔固体碱材料及其制备方法 |
CN104961772A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-10-07 | 西北大学 | 一种用于co2吸附分离的金属有机框架材料的制备方法 |
CN105233885A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-01-13 | 浙江大学 | 一种利用阴离子功能化的大孔树脂实现co2高效捕集的方法 |
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---|
"Potential for Using Simple 1,2,4-Triazole Salt Solutions as Highly Efficient CO2 Absorbents with Low Reaction Enthalpies";Jie Ren et al.;《Industrial & Engineering Chemistry Research》;20130604;全文 * |
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