[发明专利]一种含氮多孔芳香骨架材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种含氮多孔芳香骨架材料及其制备方法和应用。本发明是以二溴取代的芳香烃类化合物和三(4‑硼酸频呢醇酯苯基)胺为反应单体，以四(三苯基磷)钯为催化剂，用四氢呋喃作溶剂，经Suzuki偶联反应制得的含氮多孔芳香骨架材料。本发明的含氮多孔芳香骨架材料可应用于捕获以及存储放射性碘，可循环使用，具有良好的经济效益。

技术领域

本发明属于化学新材料技术领域，具体涉及一种新型含氮多孔芳香骨架材料及普遍通用的制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展与需求，多孔材料由于具有大的比表面积，可调控的孔道大小及可修饰的活性中心等诸多优点，而被广泛的应用于气体存储、离子交换、分离以及催化等相关领域。近些年来，多孔有机聚合物(POPs)作为一类新兴的材料引起了科学家们的广泛关注。POPs材料是由轻元素(C,H,B,O,N)通过共价键相互连接而形成的一类具有低的骨架密度、持续的多孔性以及高的热化学稳定性的有机骨架。由于合成方法的多样性，通过预先选择合适的构筑单元，可以事先设计和合成这类POPs材料的结构和性质，例如固有微孔聚合物PIMs，超交联聚合物HCPs，共轭微孔聚合物CMPs，共价三嗪骨架聚合物CTFs，共价有机骨架聚合物COFs，多孔芳香骨架PAFs等，从而极大地拓展了多孔材料的构筑思想以及合成方法。与传统的无机材料以及金属有机骨架材料相比，这些材料具有更高的比表面积，以及更大的孔体积，同时在酸碱，氧气，湿气等苛刻条件下展现了更高的机械稳定性。如此优异的性质使得这类POPs材料非常适合应用于甲烷的存储，二氧化碳的捕获，有机污染物的吸附等与环境和能源息息相关的领域。

21世纪以来，随着经济的快速发展，石化能源短缺及污染问题越来越严重，人类对核能源的需求越来越大，核能因此迅速发展。核能在给人类生活带来便利的同时，也带来了新的问题，例如辐射的健康影响，安全的核废物管理和辐射防护等，因此如何有效地捕获以及存储核废料成为急需解决的问题。这些放射性核包括¹²⁹I，³H，¹⁴CO₂以及⁸⁵Kr等等。其中放射性碘长久以来一直引起了科学家们广泛的兴趣与关注，因为它有着非常长的半衰期(1.57×10⁷年)而且能够对人类身体造成极大危害。固体吸附法是富集放射性碘简单、有效的方法，然而传统的活性炭、离子交换树脂等由于受到限制的比表面积导致其对放射性碘的吸附效果较差。因此科研工作者也在不断研究可以替代的吸附剂用于碘的捕获，要求这些新的材料对于碘单质要有更强的亲和力，更高的存储能力以及更低的成本消耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简便可行的含氮多孔芳香骨架材料及其制备方法，并将其应用于捕获及存储放射性碘单质。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种含氮多孔芳香骨架材料，以二溴取代的芳香烃类化合物和三(4-硼酸频呢醇酯苯基)胺(BBA)为反应单体，以四(三苯基磷)钯为催化剂，用四氢呋喃作溶剂，经Suzuki偶联反应制得。

上述的一种含氮多孔芳香骨架材料的制备方法，包括如下步骤：将二溴取代的芳香烃类化合物与三(4-硼酸频呢醇酯苯基)胺加入到装有四氢呋喃的反应容器中；将反应容器置于液氮中冷冻，反应容器内用氮气置换后，快速加入碳酸钾水溶液和四(三苯基磷)钯；然后反应容器内再次通氮气，将反应容器从液氮中取出解冻后，将反应体系加热到80℃，反应72小时；所得产物经洗涤，纯化，真空干燥，得目标产物。

优选的，所述的洗涤方法为：将所得产物抽滤后，依次用20-90℃四氢呋喃洗涤3-5次，过滤；用20-100℃水洗涤3-5次，过滤；用20-50℃丙酮洗涤3-5次，过滤。

优选的，所述的纯化方法为：将洗涤后的所得物依次用20-90℃四氢呋喃索氏提取3-5次，过滤；用30-80℃二氯甲烷索氏提取3-5次，过滤；用50-90℃甲醇索氏提取3-5次，过滤。

优选的，按摩尔比，二溴取代的芳香烃类化合物:三(4-硼酸频呢醇酯苯基)＝3:2。