[发明专利]基于二维聚合物的多孔碳材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于二维聚合物的多孔碳材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：将二维芳香族聚合物与造孔剂按照1:3‑6的质量比混合均匀，然后在惰性气氛中于400‑1000℃进行碳化，反应结束后得到基于二维聚合物的多孔碳材料。本发明的基于二维聚合物的多孔碳材料具有疏水性，可在高温(60‑90℃)下物理吸附CO₂，且室温下可循环利用，回收操作简便。

技术领域

本发明涉及多孔碳材料制备技术及气体吸附技术领域，尤其涉及一种基于二维聚合物的多孔碳材料及其制备和应用。

背景技术

工业生产和人类生活所产生的二氧化碳的排放量正在逐年增加，所造成的温室效应引发全球变暖、海平面升高以及动植物灭绝，将直接威胁到生态环境和社会经济。因而设计制备对二氧化碳具有捕获与存储特性的材料迫在眉睫。从理论上讲提高二氧化碳吸附性能主要依赖于吸附剂高的比表面积、大的微孔体积以及适宜的吸附热。但只是简单的增大比表面积，并不能显著提高材料对二氧化碳的吸附能力，尤其在60℃左右条件下(烟道气)。而目前的多数基于物理吸附的二氧化碳吸附材料在高温条件下对二氧化碳吸附能力较差，高温吸附主要依赖于化学吸附的限制，并且基于化学吸附材料可再生过程耗能大。鉴于此，寻找一种在高温条件下、基于物理吸附且对CO₂具有强捕获能力的材料是目前亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于二维聚合物的多孔碳材料及其制备和应用，本发明的方法简单，所制备的多孔碳材料具有疏水性，可在高温下吸附CO₂，且回收操作简便。

本发明的第一个目的是提供一种基于二维聚合物的多孔碳材料的制备方法，包括以下步骤：

将二维芳香族聚合物与造孔剂按照1:3-6的质量比混合均匀，然后在惰性气氛中于400-1000℃进行碳化，反应结束后得到基于二维聚合物的多孔碳材料。

进一步地，二维芳香族聚合物为苯基二维聚合物、萘基二维聚合物、苊基二维聚合物或芘基二维聚合物。

进一步地，二维芳香族聚合物的比表面积为400-4000m²/g。二维芳香族聚合物内部具有多孔结构，其比表面积越大越好，比表面积越大，则相应的最终获得的基于二维聚合物的多孔碳材料的多孔结构的比表面积相对较大。

进一步地，苯基二维聚合物的结构式为

萘基二维聚合物的结构式为

苊基二维聚合物的结构式为

芘基二维聚合物的结构式为

其中，m、n代表重复单元个数，优选为m和n独立地选自20-100中的任一整数。

进一步地，二维芳香族聚合物基于Friedel-Crafts反应或Scholl反应制备得来。具体地，基于Friedel-Crafts反应包括以下步骤：

将苯、萘、苊或芘和二甲氧基甲烷溶于有机溶剂，在催化剂三氯化铁的作用下在0-80℃下反应24-72h，其中，苯、萘、苊或芘和二甲氧基甲烷的摩尔比为1:3-8，纯化后得到苯基二维聚合物、萘基二维聚合物、苊基二维聚合物或芘基二维聚合物。其中，有机溶剂优选为二氯乙烷。

进一步地，苯、萘、苊或芘与三氯化铁的摩尔比为1:3-8。

基于Scholl反应包括以下步骤：

将苯、萘、苊或芘和二甲氧基甲烷溶于有机溶剂，在催化剂三氯化铝的作用下在0-80℃下反应24-72h，纯化后得到苯基二维聚合物、萘基二维聚合物、苊基二维聚合物或芘基二维聚合物。其中，有机溶剂优选为氯仿。