CN115286754A - 一种含溴离子和咪唑的离子多孔聚合物制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物制备方法,含Br有机多孔聚合物A制备时,以2,5‑二溴‑1,4‑苯二胺、均苯三醛为单体,均三甲苯、1,4‑二氧六环为溶剂,6M乙酸为催化剂;含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物采用含不同烷基链的咪唑单体以同源阴离子的形式引入所述的含Br的有机多孔聚合物A中制备所得。本发明解决了气体分离膜领域无法同时提高选择性与透过量的瓶颈问题,对于新型具有高选择性、高通量的气体分离膜的制备具有重要意义。将所制备的聚合物作为分散相制备聚酰亚胺基混合基质膜时,能同时提高膜对于CO2的选择性与渗透性。
Description
技术领域
本发明涉及分离膜制备技术领域,具体涉及一种含Br有机多孔聚合物及其三种离子修饰的多孔离子聚合物的制备方法。
背景技术
膜分离法具有投资少、能耗低、易操作等优点,被认为是最有发展潜力的CO2分离技术,但对于CO2的选择性和透过量通常成反比,限制了CO2分离膜的使用性能,因此制备一种可以同时提高分离膜对于CO2 选择性和透过性的新型材料尤为重要。
多孔离子聚合物(PiPs)具有永久性多孔结构和大的比表面积,将其负载在膜内,可以使分离膜对于CO2的透过量提高;其丰富的离子反应位点可以与CO2作用,提高CO2的溶解性,进而提高膜对于CO2的选择性;在保证CO2透过量增大的同时提高气体选择性,多孔离子聚合物(PiPs)的出现为高性能气体分离混合基质膜的制备提供了新的思路。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物制备方法。
为实现上述目的,本发明采取的技术方案为:
一种含Br有机多孔聚合物的制备方法,包括如下步骤:
以2,5-二溴-1,4-苯二胺、均苯三醛为单体,均三甲苯、1,4-二氧六环为溶剂,6M乙酸为催化剂制备含Br的有机多孔聚合物A,其中,2,5-二溴-1,4-苯二胺、均苯三醛的摩尔比为3:2,具体包括如下步骤:
S11.将均苯三醛加入三颈瓶中,按体积比3:7将均三甲苯与1,4-二氧六环溶剂注入三颈瓶,超声搅拌30s,得到混合液A1;
S12. 向步骤S11得到的混合液A1中,加入2,5-二溴-1,4-对苯二胺,将6M乙酸按与溶剂总体积比1:10注入三颈瓶,120℃反应20h,得粗产物a;
S13. 对粗产物a进行过滤洗涤、真空干燥12h后得到含Br的有机多孔聚合物A。
本发明还提供了含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,采用含不同烷基链的咪唑单体以同源阴离子的形式引入权利要求1所述的含Br的有机多孔聚合物A中,制备含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物。
进一步地,包括如下步骤:
S21.将步骤S11所得含Br的有机多孔聚合物A 56mg 加入三颈瓶中,加入0.18mL的N-甲基咪唑,注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h后,将所得的粗产物经无水乙醇洗涤,得到黄色固体B,为含甲基咪唑离子结构的多孔离子聚合物。
进一步地,包括如下步骤:
S22.将步骤S11所得含Br的有机多孔聚合物A 56mg 加入三颈瓶中,加入0.29mL的N-丁基咪唑,注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h后,将所得的粗产物经无水乙醇洗涤,得到黄色固体C,为含丁基咪唑离子结构的多孔离子聚合物。
进一步地,包括如下步骤:
S23.将步骤S11所得含Br的有机多孔聚合物A 56mg 加入三颈瓶中,加入0.44mL的N-辛基咪唑,注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h,将所得的粗产物经无水乙醇洗涤,得到黄色固体D,为含辛基咪唑离子结构的多孔离子聚合物。
进一步地,含Br的有机多孔聚合物A和含不同烷基链的咪唑单体的摩尔比为15:1。
所述步骤S21、S22、S23中搅拌时间为36h。
本发明制备了一种制备简便、稳定性好、具有多孔分布的含Br有机多孔聚合物及其3种离子修饰的多孔离子聚合物,符合绿色化学理念,在气体分离领域具有重大研究意义和科学价值。
本发明通过将离子结构引入的方法制备了三种含同源阴离子,不同阳离子烷基链的多孔离子聚合物PiP,该方法制备的聚合物材料,可作为分散相混入聚酰亚胺膜中,解决了气体分离膜领域无法同时提高选择性与透过量的瓶颈问题,对于新型具有高选择性、高通量的气体分离膜的制备具有重要意义。
将所制备的4种聚合物作为分散相制备聚酰亚胺基混合基质膜时,能同时提高膜对于CO2的选择性与渗透性。
附图说明
图1为本发明实施例的合成路线图。
图2为含溴有机多孔聚合物的红外谱图。
图中:1700cm-1(端基醛的C=O的特征峰),1624cm-1(希夫碱的C=N伸缩振动峰);1249cm-1(C-N的伸缩振动峰),618 cm-1(C-Br的伸缩振动峰)。
图3为含溴有机多孔聚合物的13C-NMR。
图4为含甲基咪唑的多孔离子聚合物的XPS图。
图5为含甲基咪唑的多孔离子聚合物的SEM图。
图6为气体分离性能。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白,以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
一种含Br有机多孔聚合物的制备方法,包括如下步骤:
将均三苯甲醛(40mg,0.252mmol)加入50ml三颈瓶中,再加入均三甲苯2.4mL、1,4-二氧六环5.6mL,超声直至单体溶解后,加入2,5-二溴对苯二胺(100mg,0.376mmol),加入乙酸0.8mL,120℃反应20h,得到黄色粉末为含溴有机多孔聚合物A,收率为:82.9%。
实施例2
一种含甲基咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,包括如下步骤:
将实施例1所得聚合物A(56mg)加入三颈瓶中,加入N-甲基咪唑(0.18mL), 注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h,得粗产物a。粗产物a经无水乙醇洗涤,得到黄色固体B,为含甲基咪唑的多孔离子聚合物。
实施例3
一种含丁基咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,包括如下步骤:
将实施例1所得聚合物A(56mg)加入三颈瓶中,加入N-丁基咪唑(0.29mL), 注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h,得粗产物b。粗产物b经无水乙醇洗涤,得到黄色固体C,为含丁基咪唑的多孔离子聚合物。
实施例4
一种含辛基咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,包括如下步骤:
将实施例1所得聚合物A(56mg)加入三颈瓶中,加入N-辛基咪唑(0.44mL), 注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h,得粗产物c。粗产物c经无水乙醇洗涤,得到黄色固体D,为含辛基咪唑的多孔离子聚合物。
如图3所示,132ppm为端基苯环C峰;142ppm为与希夫碱相连的端基苯环C峰;146ppm为与希夫碱相连的含溴苯环C峰;155ppm为希夫碱的C峰;168ppm为与溴相连的苯环C峰;201ppm为端基醛的C峰。由图4所示,397.65eV为C-N的结合能,400.77eV为C-N+的结合能,这有效证实了离子结构的成功引入。如图5所示, 所制备的含离子结构的多孔离子聚合物的形貌为疏松多孔的结构。本具体实施所得的含Br有机多孔聚合物及其离子修饰的多孔离子聚合物中,可提供大量离子作用位点,CO2气体的溶解。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以作出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种含Br有机多孔聚合物的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:
以2,5-二溴-1,4-苯二胺、均苯三醛为单体,均三甲苯、1,4-二氧六环为溶剂,6M乙酸为催化剂制备含Br的有机多孔聚合物A,具体包括如下步骤:
S11.将均三苯甲醛加入三颈瓶中,按体积比3:7将均三甲苯与1,4-二氧六环溶剂注入三颈瓶,超声搅拌30s,得到混合液A1;
S12. 向步骤S11得到的混合液A1中,加入2,5-二溴-1,4-对苯二胺,将6M乙酸按与溶剂总体积比1:10注入三颈瓶,120℃反应20h,得粗产物a;
S13. 对粗产物a进行过滤洗涤、真空干燥12h后得到含Br的有机多孔聚合物A。
2.含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物的制备,其特征在于,采用含不同烷基链的咪唑单体以同源阴离子的形式引入权利要求1所述的含Br的有机多孔聚合物A中,制备含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物。
3.如权利要求2所述的含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,其特征在于,2,5-二溴-1,4-苯二胺、均苯三醛的摩尔比为3:2。
4.如权利要求2所述的含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S21.将步骤S11所得含Br的有机多孔聚合物A 56mg 加入三颈瓶中,加入0.18mL 的N-甲基咪唑 , 注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h后,将所得的粗产物经无水乙醇洗涤,得到黄色固体B,为含甲基咪唑离子结构的多孔离子聚合物。
5.如权利要求2所述的含溴离子和咪唑的多孔离子聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S22.将步骤S11所得含Br的有机多孔聚合物A 56mg 加入三颈瓶中,加入0.29mL的N-丁基咪唑 , 注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h后,将所得的粗产物经无水乙醇洗涤,得到黄色固体C,为含丁基咪唑离子结构的多孔离子聚合物。
6.如权利要求2所述的含溴离子和咪唑多孔离子聚合物的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S23.将步骤S11所得含Br的有机多孔聚合物A 56mg 加入三颈瓶中,加入0.44mL的N-辛基咪唑, 注入5.3mL乙腈,80℃加热搅拌回流36h,将所得的粗产物经无水乙醇洗涤,得到黄色固体D,为含辛基咪唑离子结构的多孔离子聚合物。
7.如权利要求2所述的离子修饰的多孔离子聚合物的制备方法,其特征在于,含Br的有机多孔聚合物A和含不同烷基链的咪唑单体的摩尔比为15:1。
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