[发明专利]一种酸性聚合离子液体及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种酸性聚合离子液体及其制备方法，方法一是首先将含有乙烯基的膦配体进行溶剂热自聚或者与其它含有乙烯基的单体进行共聚制备多孔有机聚合物，然后加入1,3‑丙烷磺酸内酯反应，最后经过酸化得到；方法二是将含有乙烯基的膦配体与1,3‑丙烷磺酸内酯反应，然后将其自聚或者与其它含有乙烯基单体共聚，最后经过酸化而成。本发明提供的制备方法，工艺简单，三废少，成本低廉，得到的酸性固态聚合离子液体具有高比表面积、分级孔道结构、优异热稳定性与化学稳定性，可用作电极材料、气体分离材料、催化剂、催化剂载体等。

技术领域

本发明属于聚合物功能材料领域，涉及一种多功能酸性聚合离子液体，及其制备方法与应用。

背景技术

多孔材料经历了由天然获取到人工合成、由无机到有机材料的发展历程在催化、气体分离光电等领域发挥重要作用。近几十年来，多孔有机材料，如多孔有机聚合物(POPs)、金属有机骨架(MOFs)、共价有机骨架(COFs)等材料在多个领域应用广泛，受到国内外研究人员的极大关注。其中POPs因大比表面积、分级孔道结构、孔径尺寸可调节性、官能团可修饰性以及良好的物理化学稳定性能成为研究的热点。

离子液体是指全部由阴、阳离子组成的有机类离子化合物，其在室温或接近室温条件下为液体。凭借独特的物理化学性能，其在催化、合成、分析和分离等方面具有广泛的应用价值，故其日益受到关注。通过改变阴阳离子的结构或引入某些酸性官能团来制备特殊功能化的离子液体可以调节离子液体的酸性强度，提升离子液体的电荷均匀分布性。然而，酸性功能化离子液体制备工艺复杂，会产生较多有毒废液；同时成本高昂不适合规模化生产。此外，均相的酸性功能化离子液体不易于产物分离，在使用过程中容易损失造成污染。这些缺点限制了酸性功能化离子液体的规模化研究应用发展。

目前均相固载化技术成为解决酸性功能化离子液体应用中的有效方案之一。然而，目前借助吸附作用利用无机载体担载离子液体在使用过程中化学稳定性不佳，而传统有机聚合物作为载体比表面积小，热稳定性差等同样限制酸性离子液体的使用范围。尽管目前固载化酸性离子液体的研究逐渐深入，但是如何制备高性能、绿色化、高稳定性酸性固载离子液体仍将面临严峻挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种多功能酸性聚合离子液体，其不仅具有优异的物理化学稳定性而且具有大的比表面积和分级孔道结构，能够实现酸性离子液体的暴露量，提高实际应用中的效率；而且可以通过控制合成过程中的溶剂种类、数量以及配体中乙烯基的数目调节聚合离子液体的孔径尺寸，以适应多种不同的应用领域，另合成路线简单，原料成本低廉，容易实现规模化放大。

为实现发明目的，本发明采取如下的技术方案：

一种酸性聚合离子液体，其具有通式I的结构：

其中，n≥2，m≥2，l≥2。

本发明还涉及上述酸性聚合离子液体的两种制备方法，采用如下技术方案：

方法一：

一种酸性聚合离子液体的制备方法，将含有乙烯基的膦配体与1,3-丙烷磺酸内酯在有机溶剂A中反应；然后将自由基引发剂和/或其它含有乙烯基单体共聚加入上述混合物在加热条件下聚合；随后加酸和有机溶剂B室温下搅拌，过滤后干燥。

方法二：

一种酸性聚合离子液体的制备方法，将含有乙烯基的膦配体和/或其它含有乙烯基的共聚单体溶于有机溶剂A中，借助自由基引发剂室温搅拌，将搅拌好的溶液移至水热釜中，利用溶剂热聚合法聚合形成多孔有机聚合物；多孔有机聚合物再与1,3-丙烷磺酸内酯在有机溶剂B中温度下反应；然后加酸，室温下搅拌反应；过滤后干燥。