[发明专利]一种硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物及其制备方法和在吸附水中重金属方面的应用

说明书

本发明公开了一种硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物及其制备方法和在吸附水中重金属方面的应用。将硫醚功能化对苯二甲醛单体与吡咯单体通过卟啉缩聚反应，得到硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物。该方法通过改变硫醚功能化单体及其用量等条件，实现硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物的极性及孔结构的有效调控，从而赋予了硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物对Pb²⁺、Cu²⁺和Hg²⁺等具有选择性吸收效果，且该多孔有机聚合物的合成方法简单，成本低，可工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种吸附材料，特别涉及一种以硫醚功能化对苯二甲醛单体和吡咯单体通过卟啉缩聚反应获得硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物，还涉及一种硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物的制备方法及其在吸附水中重金属离子方面的应用，属于功能高分子合成技术领域。

背景技术

多孔有机聚合物(POPs)是一类由轻元素(C、H、B、O、N、S、P等)通过共价键交联组成的具有丰富孔道结构的聚合物。具有以下几个优点:(1)由刚性单体构成，在聚合物中形成永久孔隙；(2)形成键的方法和交联反应多种多样，会使聚合物具有不同的拓扑结构和可调节的孔隙结构；(3)是由较轻元素的交联构成的，这将使聚合物具有较高的吸附质量容量；(4)由共价键构成，具有良好的物理化学稳定性。POPs具有多种多样的组装和交联方法，通过对反应条件的调节可获得层次孔结构的POPs。对于重金属离子的吸附，大孔和介孔有利于物质传输，可减小传输阻力，加快传输速度，有助于重金属离子在吸附剂中的快速扩散；微孔可以提供丰富的比表面积，为吸附提供丰富的位点，显著增加重金属离子的吸附量。层次孔的协同作用，显著增强对金属离子的吸附量和吸附动力学。

在工业生产过程中会产生大量的重金属废水，而重金属对于人体通常具有较强的毒性，在自然界降解困难，且可通过生物圈富集于人类，对生态环境和人类生存带来巨大的挑战。近年来，对于重金属离子的吸附受到了较多的关注，研究者利用含氮、硫、氧等功能基团经由前修饰或后修饰，为多孔材料带来丰富的杂原子含量。较为常见的是螯合树脂，螯合树脂可以通过静电作用和配位作用与金属离子络合，实现对金属离子较好的的吸附量和吸附选择性，因而具有较好的应用前景。然而，螯合树脂的凝胶型结构使得吸附较慢且脱附速率慢，且螯合树脂结构不够稳定，重复使用性差。因而结构稳定的POPs因交联结构的特殊性和简单易行的功能化修饰使得POPs广泛应用于水中重金属离子的选择性吸附，已成为当前研究的热点。

卟啉是由吡咯亚甲基的四个α-碳原子通过亚甲基桥形成的一种大分子杂环化合物。是由24个π电子形成一个大平面共轭体系，可以与不同的金属离子形成稳定的配合物，因此被广泛用于重金属检测。将卟啉结构引入到POPs中不仅能显著提高POPs的结构稳定性，还能提升对重金属离子的作用。

发明内容

针对现有多孔有机聚合物的杂原子功能化较为困难和孔结构难以控制等的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种具有硫醚功能化修饰和特殊多级孔结构的硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物，该有机聚合物不但具有24个π电子形成的大平面共轭体系，可以与不同的金属离子形成稳定的配合物，而且还修饰有硫醚功能基团可以对孔结构及极性进行调控以实现对不同金属离子的选择吸附能力。

本发明的第二个目的是在于提供一种硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物的制备方法，该方法可以实现硫醚修饰和孔结构的任意调控，使其满足重金属离子吸附应用要求，且制备方法操作简便，成本低，可满足工业化生产。

本发明的三个目的是在于提供一种硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物吸附水中的重金属离子中的应用，特别是对金属离子Pb²⁺、Cu²⁺和Hg²⁺等具有选择性吸附效果，且金属离子吸附后容易洗脱，聚合物可以多次重复使用，重复使用效果好。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物的制备方法，该方法是硫醚功能化对苯二甲醛单体与吡咯单体通过卟啉缩聚反应，得到硫醚功能化卟啉结构多孔有机聚合物。