[发明专利]一种四嗪环聚咔唑及其制备方法和用途

说明书

本发明提供一种简单的方法通过Friedel‑Crafts反应或氧化偶联反应来制备四嗪环聚咔唑，首先，由3,6‑双(3,5‑二甲基吡唑)‑1,2,4,5‑四嗪通过取代反应制备3,6‑二(咔唑基)‑1,2,4,5‑四嗪单体，再由3,6‑二(咔唑基)‑1,2,4,5‑四嗪通过Friedel‑Crafts反应或氧化偶联反应得到四嗪环聚咔唑。该四嗪环聚咔唑材料具有优异的物理化学稳定性，较高的比表面积，较高比例的微孔结构和CO₂吸附值。

技术领域

本发明涉及一种四嗪环聚咔唑超交联聚合物网络，具体涉及一种基于四嗪环聚咔唑及其制备方法，属于气体吸附与分离领域。

背景技术

工业化发展所引起的温室效应和能源危机成为人们亟需解决的问题，选择高效的CO₂吸附剂材料和清洁能源装置显得尤为重要。多孔有机聚合物(Porous organicpolymers,POP)可通过各种有机合成的方法制备不同孔结构的多孔聚合物，具有独特的结构与组成，较高的比表面积，丰富的孔隙率和优异的物理化学稳定性，可广泛应用于气体吸附与分离，能量储存和催化等领域。

多孔有机聚合物(POP)广泛用于气体吸附、分离与催化等技术领域，但是由于孔结构不发达等导致其吸附量比较低。因此设计合成具有丰富孔结构的POP材料对提高CO₂气体吸附与分离性能在近期掀起了研究热潮。众多研究表明，较大的比表面积和孔容不是提高吸附剂材料CO₂吸附量的必要条件，而较高比例的微孔结构可提高材料的CO₂吸附量。另一个重要的因素是将碱性官能团引入POP材料的骨架中，形成一个稳定的化学吸附，从而提高吸附剂材料对CO₂等酸性气体吸附量。目前，科研工作者已成功制备各种各样的POP材料，主要有共价有机框架(COF)，共轭微孔聚合物(CMP)，共价三嗪骨架(CTF)，多孔芳香骨架(PAF)和超交联聚合物(HCP)。其中，HCP是一类具有高比表面积和微孔结构的重要微孔聚合物。该类聚合物合成与其它多孔有机材料制备方法不同，通过选择合适的单体和交联剂经Friedel-Crafts烷基化反应或氧化偶联反应来制备特殊结构的微孔聚合物网络。综上所述，增大POP材料的微孔比例和引入碱性官能团对增大吸附剂材料的CO₂吸附能力至关重要。因此，本发明通过选用氮含量高(20.4wt％)的3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪为单体，通过Friedel-Crafts烷基化反应或氧化偶联反应设计合成了含有四嗪环聚咔唑的HCP材料。所制备的HCP材料具有优异的物理化学稳定性，较高的比表面积，较高比例的微孔结构和CO₂吸附值。

发明内容

本发明提供一种简单的方法通过Friedel-Crafts反应或氧化偶联反应来制备四嗪环聚咔唑。首先，由3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪通过取代反应制备3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪单体，再由3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪通过Friedel-Crafts反应或氧化偶联反应得到四嗪环聚咔唑。该四嗪环聚咔唑材料具有优异的物理化学稳定性，较高的比表面积，较高比例的微孔结构和CO₂吸附值。

根据本发明提供的第一种实施方案，提供一种四嗪环聚咔唑。

一种四嗪环聚咔唑，它是通过以下制备方法所制备的：首先将3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪通过取代反应制备3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪(TCy)单体，然后将3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪(TCy)通过Friedel-Crafts烷基化反应得到四嗪环聚咔唑(PTCy-1)。

在本发明中，3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪单体(TCy)由3,6-双(3,5-二甲基吡唑)-1,2,4,5-四嗪和咔唑盐通过取代反应合成。

在本发明中，Friedel-Crafts反应为：3,6-二(咔唑基)-1,2,4,5-四嗪和交联剂在Lewis酸催化剂的作用下进行反应。