[发明专利]一种三维聚酰亚胺共价有机多孔材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三维聚酰亚胺共价有机多孔材料及其制备方法和应用，该材料的结构式如下(1)所示，其制备方法为在有机溶剂中，将四面体构型的四(4‑苯胺基)金刚烷和均苯四甲酸二酐均匀混合，然后加入催化剂异喹啉，经过加热晶化、溶剂洗涤和加热真空干燥，可得到三维共价有机多孔材料PI‑Ad。本发明方法得到的PI‑Ad材料具有高的比表面积及介孔/微孔的多级孔结构，在气体(如H₂、CH₄和CO₂)吸附实验中，表现出了大容量的气体吸附能力。因此，PI‑Ad可以作为一种优异的气体吸附材料，应用于气体存储。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺共价有机多孔材料领域，具体涉及一种三维聚酰亚胺共价有机多孔材料及其制备方法及应用。

背景技术

聚酰亚胺类(Polyimides,PIs)共价有机多孔材料是一类以酰亚胺环为结构特征的高分子聚合物，主要是由含胺的刚性骨架与酸酐反应所形成。目前该研究方向依然还处于起步的阶段。这类材料具有开放孔洞的骨架结构，并且化学构成中不含有金属元素，只含有轻元素H,C,N,O等。聚酰亚胺的化学结构决定了它拥有许多与众不同的优点，主要包括：骨架密度较低、比表面积大、耐热性好、机械性能强及良好的化学稳定性等。因此，PIs材料在气体吸附/储存/分离、异相催化、光电器件、光解水制氢及质子传导等领域展示了巨大的应用潜力。在多孔材料评价体系中，一个关键的衡量指标是材料的气体吸附能力。值得关注的是，由于PIs材料在结构上具有以上所提到的优点，这样PIs作为一类吸附材料在气体的存储及分离方面已经呈现出了其优异的气体吸附性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于金刚烷单元的三维聚酰亚胺共价有机多孔材料及其合成方法和应用。

为了实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：

一种三维聚酰亚胺共价有机多孔材料，该材料的结构式如下：

一种三维聚酰亚胺共价有机多孔材料的制备方法，包括如下步骤：

将四面体构型的四(4-苯胺基)金刚烷(TAPA)和均苯四甲酸二酐(PMDA)加入到安瓿瓶中，加入有机溶剂，超声混合均匀，然后加入催化剂异喹啉，将安瓿瓶置于液氮中进行冷冻，抽真空并火焰封管，经过加热晶化、溶剂洗涤和加热真空干燥，即可得到三维聚酰亚胺共价有机多孔材料PI-Ad。

所述的四(4-苯胺基)金刚烷和均苯四甲酸二酐的摩尔比为1:2-3；最佳摩尔比为：1:2。

所述的有机溶剂为邻二氯苯和N-甲基吡咯烷酮的混合溶剂，有机溶剂为体积比4-8:1；最佳溶剂体积比为：2:1。

所用的有机溶剂和异喹啉的体积比为10-50:1；最佳体积比为：20:1。

所述反应的温度为160-220℃，最佳反应温度为：200℃；反应时间为3-30天，最佳反应时间为：7天。

一种三维聚酰亚胺共价有机多孔材料的应用，上述方法合成得到的三维聚酰亚胺共价有机多孔材料可应用于多种气体的吸附、存储及选择性分离，具体用于吸附H₂、CH₄和CO₂气体。

本发明具有如下优点：

1、本发明首次利用含有金刚烷的单体和均苯四甲酸二酐单体构筑了一种新型三维聚酰亚胺共价有机多孔材料；在聚酰亚胺材料研究领域中，提供了一种新的有机多孔材料的合成方法；

2、通过本发明方法得到的PI-Ad材料具有高的比表面积和介孔/微孔的多级孔结构；