密胺基微孔有機聚合物的合成及其氣體吸附性能研究.pdf

1、密胺基微孔有機聚合物(MBMOPs)是以三聚氰胺（密胺）和苯二甲醛同系物通過Schiff堿縮聚反應制得，全部由輕質、非金屬元素構成的多孔聚合物材料(POPs)，借助于高胺基含量和豐富的微孔結構，MBMOPs顯示了良好的CO2吸附性能。本文以廉價的三聚氰胺和苯二甲醛通過席夫堿縮合反應，一鍋合成了密胺基微孔有機聚合物(MBMOPs)，從理論和實驗上研究了CO2在密胺基微孔有機聚合物(MBMOPs)上的吸附分離性能，論文主要包括以下兩部分:<

2、br>　　1)密胺基微孔有機聚合物(MBMOPs)的優(yōu)化合成?？疾毂蕉兹┑念悇e、加熱方式、反應物總濃度、反應溫度、反應時間、溶劑及添加四丙基溴化銨(TPABr)對合成MBMOPs的影響。采用N2吸脫附、SEM、TEM、FTIR及TG等多種表征手段對MBMOPs的孔隙率、結構及穩(wěn)定性進行了表征。結果表明MBMOPs結構是由苯環(huán)和三嗪通過仲胺基在三維空間上連接構建而成，MBMOPs具有高的BET比表面積、大的微孔容及良好的熱穩(wěn)定性?？刂企w

3、系合適的反應速率對于MBMOPs構建形成大量微孔的多級孔結構至關重要。此外，還對制備的比表面積相對低的MBMOPs進行了炭化后處理得到的多孔炭中微孔含量及比表面積明顯提升。
　　2)密胺基微孔有機聚合物(MBMOPs)上的氣體吸附分離性能研究。采用體積法測定了不同溫度及壓力至118 kPa下CO2，CH4和N2在MBMOPs上的吸附平衡等溫線。結果表明，歸因于MBMOPs中胺基對CO2的特有親和力和豐富的微孔結構，MBMOPs顯示

4、出很高的CO2平衡吸附量(達2.8 mmol/g@273 K，118 kPa)，而對N2和CH4吸附量較低。根據(jù)MBMOPs的結構及吸附質分子的物理化學性質，選用單位或多位Langmuir模型對以上等溫線數(shù)據(jù)進行聯(lián)合擬合，較好地描述了吸附質分子在MBMOPs上的吸附行為。根據(jù)等溫線數(shù)據(jù)的聯(lián)合擬合參數(shù)，采用克勞修斯-克拉貝龍方程算出CO2，N2和CH4在MBMOPs上的等量吸附熱，運用理想吸附溶液理論(IAST)描述了CO2-N2及CO2

5、-CH4二組分混合氣在MBMOPs上的吸附行為，并得到CO2對N2和CH4的理想吸附選擇性。在給定溫度(298 K)和總壓(100 kPa)下，CO2的理想吸附選擇性隨CO2摩爾分數(shù)的增大而增大，隨溫度的升高而減小。基于以上的理論分析，采用實驗方法研究了雙組分混合氣在MBMOPs上的吸附分離。利用穿透柱法和熱重法分別考察了MBMOPs對CO2-N2和CO2-CH4二組分混合氣的實際分離性能及CO2吸附-脫附循環(huán)性能。實驗結果顯示在常溫常

6、壓下通過MBMOPs可實現(xiàn)CO2從CO2-N2和CO2-CH4二組分混合氣中分離，雖然其選擇性低于理想選擇性，但仍有較高CO2-N2選擇性(15)和CO2-CH4(2)，MBMOPs表現(xiàn)出快速的CO2吸附-脫附動力學。此外，CO2可容易從MBMOPs上脫附，在室溫(298 K)下僅通過N2吹掃即可實現(xiàn)吸附劑的再生。MBMOPs顯示了良好的吸附-脫附循環(huán)性能，經(jīng)30個循環(huán)后，吸附量沒有明顯下降。另外，嘗試研究了工業(yè)上重要烴類C2HH4，C