微納多孔聚合物材料的制備和應(yīng)用.pdf

1、多孔聚合物材料結(jié)合了多孔結(jié)構(gòu)和聚合物的雙重性能，在氣體分離和存儲(chǔ)、催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域均具有重要的應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)，微納多孔聚合物得到了快速的發(fā)展，但大規(guī)模制備具有可控孔結(jié)構(gòu)和特定功能的多孔聚合物材料仍然是一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)。因此，本論文圍繞微納多孔聚合物材料的制備及應(yīng)用這個(gè)主題，展開(kāi)了一系列的研究工作。主要合成和制備了POSS基有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化微孔材料、多級(jí)孔聚脲材料、有序微米柱狀多孔聚合物膜和可溶脹三維多孔聚二甲基硅氧烷海綿等四種微納多孔聚

2、合物材料，并研究了微孔材料在氣體分離和存儲(chǔ)中的應(yīng)用和可溶脹多孔海綿在油水分離中的應(yīng)用，主要內(nèi)容如下:
　　(1)以苯基聚倍半硅氧烷籠狀分子和二甲氧基甲烷為原料，通過(guò)傅克反應(yīng)成功地合成了超交聯(lián)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化微孔材料。用FT-IR、29Si MAS NMR和13CCP/MAS NMR譜圖表征了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。用高分辨透射電鏡、N2吸附-脫附等溫線(xiàn)等表征了其形貌和微孔特征。其BET比表面可達(dá)923 m2 g-1，對(duì)CO2和H2的吸附能力分別

3、為8.5wt％(273 K，1.0 bar)和0.95 wt％(77K，1.0bar)。因此，POSS基多孔材料具有成本低、比表面高、高溫穩(wěn)定性好和氣體吸附量高等綜合性能，是一類(lèi)有應(yīng)用前景的CO2捕獲封存材料和H2存儲(chǔ)材料。
　　(2)以萘二異氰酸酯和水為原料，將發(fā)泡過(guò)程和超交聯(lián)過(guò)程相結(jié)合，用無(wú)模板的一步法合成了同時(shí)具有大孔、介孔和微孔的多級(jí)孔聚脲材料。用FT-IR和13CCP/MAS NMR譜圖表征了其化學(xué)結(jié)構(gòu)。用掃描電鏡、透射

4、電鏡和N2吸附性能證實(shí)了聚脲材料中的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)。其BET比表面可達(dá)473 m2 g-1。因此，多級(jí)孔聚脲材料具有合成簡(jiǎn)單、成本低、孔徑分布寬、比表面高、孔隙率大、熱穩(wěn)定性好等綜合性能，在催化、分離等領(lǐng)域具有較大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　(3)在含氟或含硅表面活性劑的輔助下，建立了一種在甲醇?xì)夥罩兄苽渚郾揭蚁?、SBS等聚合物有序多孔膜的通用呼吸圖方法。得到的孔是具有很大深度/直徑比的圓柱形結(jié)構(gòu)，表明改變氣氛可以控制呼吸圖陣列的形貌。孔徑

5、和孔深大小可以由聚合物濃度、甲醇蒸汽壓等實(shí)驗(yàn)條件來(lái)控制。詳細(xì)討論了甲醇?xì)夥罩泻粑鼒D陣列的形成機(jī)理。由于特殊的孔道結(jié)構(gòu)和高疏水性能，甲醇?xì)夥罩兄苽涞挠行蚨嗫啄ぴ诠怆娖骷０?、超疏水自清潔材料和分離膜等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　(4)以二甲基硅氧烷預(yù)聚體為原料，糖顆粒為模板，制備了一種可溶脹的聚二甲基硅氧烷海綿。用掃描電鏡圖、接觸角、應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)等分別證實(shí)了其多孔結(jié)構(gòu)、疏水親油性和彈性。經(jīng)石油醚溶脹后，其體積可增大至原體積的6倍