[发明专利]一种含氮多孔有机聚合物的制备方法

说明书

本发明涉及一种环境催化剂的制备及其应用，具体涉及一种含氮多孔有机聚合物的制备方法及其在CO₂吸附与转化方面的应用。本发明在路易斯酸催化条件下，选择含氮单体与1,4‑对二氯苄或乙烯基苄基氯通过烷基化诱导交联来合成含氮的多孔有机聚合物。其得到的含氮聚合物具有稳定的含氮活性位点，较大比例的介孔大孔，独特的二氧化碳富集特性、较高的CO_2/N₂选择性，使得N‑POPs吸附剂在工业废气中进行CO₂高选择性吸附具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种环境催化剂的制备及其应用，具体涉及一种含氮多孔有机聚合物的制备方法及其在CO₂吸附与转化方面的应用。

背景技术

自世界进入工业时代之后，大气中二氧化碳浓度的不断增加及其导致的全球变暖和海洋酸化等各种气候和环境问题备受人们关注。二氧化碳等酸性气体的排放主要来源于工业活动，这主要依赖化石燃料的使用，如煤气化工业中水煤气变换反应尾气中便有大量的二氧化碳排除，因此从工业尾气中消除二氧化碳来缓解各种环境问题就显得十分重要。目前，胺溶液由于对CO₂的可逆化学反应和低成本已被广泛用于CO₂的选择性捕获。但却存在着溶剂大量挥发损失从而导致设备的严重腐蚀等问题。因此，开发一种有效且无污染的吸附介质代替胺溶液进行CO₂的选择性捕获十分重要。

近些年来，科学家们对此开展了广泛的研究工作，从工业烟气中选择性捕获CO₂，其以多孔材料为吸收剂，这些材料具有无挥发性、无腐蚀和易再生等优点。作为一类最先进的材料—多孔有机聚合物(POPs)，以其在构筑和合成路线上的多样化引起了研究者们的广泛关注，从而为结构和功能设计提供了一个思路。而且以共价键结合的POPs通常具有较高的物理和化学稳定性。因此，POPs在CO₂捕获中具有很大的应用潜力。然而，POPs对CO₂的捕获性能不仅取决于其结构性质，也取决于其具有的活性位点。将特定官能团特别是氮位点引入到POPs框架，可极大提高POPs对CO₂捕获效率，因为CO₂和氮位点之间独特的路易斯酸碱相互作用，从而实现较高的CO₂/N₂选择性。

目前研究较多的CO₂吸附剂主要有活性炭，氧化铝，分子筛，二氧化硅等。专利号CN107661748A公开了一种有机胺功能化大孔容二氧化硅CO₂吸附剂，该吸附剂以有机胺为活性组分，构成的有机胺功能化大孔容二氧化硅CO₂吸附剂的CO₂吸附容量得到了大幅提升，动态吸附容量达208mg/g，且其再生循环稳定性良好。但功能化过程中的有机胺对人体和环境会造成影响，从而影响了该吸附剂进一步的应用与发展。专利号CN108079956A公开了一种新型多级微/介孔固态胺吸附剂，将HZSM-5与MCM-41按不同质量比混合得到复合分子筛载体，以四乙烯五胺(TEPA)为改性剂，当HZSM-5与MCM-41的质量比为1∶1、TEPA负载量为30%、吸附温度为55℃、进气流量为30mL/min时，平衡吸附量高达3.57mmol/g，且经10次吸脱附循环后，吸附量下降8.1%。虽然上述吸附剂也具有较好的吸附效果，但需要利用有机胺活化来得到其活性位点，导致其吸附性能的稳定性有所欠缺。因此本发明在路易斯酸催化条件下，选择含氮单体与1,4-对二氯苄通过烷基化诱导交联来合成含氮的多孔有机聚合物。其得到的含氮聚合物具有稳定的含氮活性位点，较大比例的介孔大孔，独特的二氧化碳富集特性、较高的CO_2/N₂选择性，使得N-POPs吸附剂在工业废气中进行CO₂高选择性吸附具有良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的是克服现有吸附剂吸附量不足和稳定性差的问题，提供一种高含氮量，具有介孔大孔有机聚合物的制备方法，通过诱导交联，氮气下高温反应，洗涤，异丙胺活化，真空干燥合成含氮有机聚合物。