[发明专利]芳香基有机多齿配体-瓜环多孔框架聚合物的控制合成与应用

说明书

技术领域

本发明介绍属于具有多维多孔穴瓜环基有机框架聚合物及合成方法与应用。具体的说就是无序的瓜环（Cucurbit[n]urils，Q[6]s）分子在溶液中，在含芳香基有机多齿配体与Q[6]外壁的C-H···π和π···π堆砌作用下，有序排列而形成超分子自组装单体，这种超分子自组装单体再通过金属离子与瓜环端口羰基氧直接配位，从而形成瓜环基多维多孔穴超分子聚合物。该超分子聚合物能够选择性捕捉碱金属Cs⁺离子。 

背景技术

铯（Cs）元素自从1860年德国著名化学家本生和物理学家基尔戈夫第一次从德国杜尔基姆矿泉水中用光谱分析方法被发现以来，受到了世界各国科学家的普遍关注。铯最重要的物理性质是光电效应，其在极微弱的光照作用下，就能放出电子。利用这种光电性质可实现一系列自动控制。铯在雾中或夜间有吸收红外线的能力，可制成光学仪器上的红外线辐射光源，还可制成红外望远镜，用于军事侦察、边防巡逻、军舰夜航等。铯对放射线也很敏感，可被制成放射线感受分辨器，应用于航空探测铀矿；还可以作成铯警报器，一旦有放射性物质逸出，就会发出警报，以防不测。铯金属及其化合物和合金由于其独特的性能而被应用到从军事到民用工业，从尖端科学技术到人们的日常生活等各个领域。但自然界中存在的稀碱金属铯的含量很低，而且常与其它碱金属元素共生。因此随着高新技术产业的迅猛发展，重稀碱金属铯及其化合物被越来越广泛地应用于光纤、电子、发光、钎焊剂和含能材料等各种材料中，而这些基础和应用工作首先需要解决的是铯的高效分离。此外，核工业高放废液的处理是环境科学和放射化学中极受关注的课题。废液中含有的放射性核素¹³⁷Cs具有长的半衰期(T_1/2=30.17)，是γ射线的主要来源，对环境存在着巨大的隐患。将¹³⁷Cs去除或回收，则不仅可以得到具有广泛用途的放射性核素¹³⁷Cs同时还可极大地降低废液的处理费用，带来巨大的经济效益和社会效益。 

瓜环(Cucurbit[n]urils 或Q[n]s)是大环化合物家族中的一种新型笼状大环化合物。它们是一类由n个苷脲或烷基取代苷脲单元和2n个亚甲基桥连起来的具有两端开口的大环笼状化合物，瓜环（Q[n]）的化学式为(C₆H₆N₄O₂)_n，结构式示意如下： 

其具有内疏水外亲水的空腔结构。瓜环疏水性空腔，不但能够包结胺离子，Cl^-等，另外还能选择性的包结NO₃^-；而且能够捕集CH₄, C₂H₄, N₂, O₂, CO₂等气体分子。此外，由于瓜环两个端口“镶嵌”着一圈羰基氧原子，可以与多种金属离子相互作用，并能对某些金属离子进行识别。

基于瓜环的结构特点及开发其功能性质研究目标为导向，本发明不仅优化先前所申请专利的合成方法，而且开发了本专利中所合成瓜环基多维、多层次超分子聚合物在金属离子识别方面的应用。因此提出本专利《芳香基有机多齿配体-瓜环多孔框架聚合物的控制合成与应用》的申请。 

发明内容

本发明的目的在于利用芳香基有机多齿配体和金属离子的协同作用，设计合成一系列具有不同结构特征与性质的瓜环基多维多孔穴超分子聚合物，研究其新的合成方法,将原有的高温加压的水热合成方法简化为常温常压条件的简易合成方法。并利用这种特殊的具有金属-瓜环有机框架结构的聚合物研究其在金属离子捕捉方面的应用性质。 

本发明的发明人，已研究设计了芳香基有机多齿配体-瓜环多孔框架聚合物及其合成方法，并已申请国家专利，申请号2014101400444，本发明是在上述专利申请研究基础的进一步研究和发展，设计了新的常温常压条件下的快速合成芳香基有机多齿配体-瓜环多孔框架聚合物的方法，并发现该类聚合物能够高效捕捉Cs⁺离子，并能在稀酸条件下释放出Cs⁺，并能够保持框架不变，从而循环捕捉Cs⁺离子。