[发明专利]一种具有混合离子骨架结构的有机多孔材料、膜材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有混合离子骨架结构的有机多孔材料、膜材料及其制备方法，将4,4'‑二氨基‑2,2'‑二磺酸钠‑联苯、溴化乙锭和2,4,6‑三羟基‑1,3,5‑苯三甲醛放入反应容器中，加入反应溶剂和催化剂，反应得到混合液；将混合液分别用N,N‑二甲基甲酰胺和甲醇溶液冲洗去除能够溶解的有机物，后将所得的不溶性产物浸泡在N,N‑二甲基甲酰胺中并持续搅拌，然后用四氢呋喃和甲醇依次对产物进行索式提取，最后在加热条件下真空干燥，得到具有混合离子骨架结构的有机多孔材料，对具有混合离子骨架结构的有机多孔材料进行分散、离心、抽滤即得到膜材料。

技术领域

本发明属于有机多孔材料及其膜的制备方法领域，具体涉及一种具有混合离子骨架结构的有机多孔材料、膜材料及制备方法。

背景技术

膜分离过程因具有无相变、无二次污染、节能高效、装置紧凑、操作简单、易于自动化、成本低廉以及使用场景广泛等的优点使其在分离、纯化领域中扮演着重要的角色。膜材料作为膜分离技术的核心单元，其性能的优劣直接影响着分离系统的分离效率、稳定性和使用寿命等，因此，设计合成高性能的分离膜材料一直是膜分离技术发展的关键。

理想的分离膜材料应具有高的渗透通量、出色的选择性、优良的机械稳定性、热稳定性、化学稳定性以及良好的耐酸碱和抗污染等性能。在已有的各种膜材料中，有机高分子膜材料由于其丰富多样的组成和结构形式、良好的稳定性以及出色的分离性能而吸引了研究人员广泛的关注。以醋酸纤维素膜、聚四氟乙烯膜、聚酰亚胺膜、芳族聚酰胺复合膜和磺化聚醚砜膜等为代表的一系列有机高分子膜材料被广泛的用于气体分离、水处理等领域。高分子膜大都具有良好的机械和化学稳定性、出色的分离性能，但将传统高分子膜用于分子或离子的选择性分离时仍存在以下的问题：1)传统高分子膜材料大都是通过高分子链之间的交联缠绕得到的，这使得它们的孔隙尺寸难以精确调控，孔尺寸大小不均匀，孔道结构无序不规则，存在弯曲、复杂和不连续等现象，使得待分离分子或离子容易在小的孔径中聚集，造成膜孔堵塞，透量下降；2)传统聚合物高分子膜材料的选择性与渗透性之间存在难以调和的矛盾，特别是高分子膜在分离、纯化有机溶剂体系中的物质时容易发生溶胀，使得分离效果和效率大幅降低；3)传统聚合物高分子膜材料骨架结构呈中性的属性特点使其纳米孔道不能有效的识别和筛分不同离子属性的分子或离子，使得膜的选择性较差；4)中性的骨架结构也使得膜材料的抗污染能力差，膜污染后的再生困难等。因此，深入研究并开发新型高性能分离膜材料是膜分离技术发展的关键所在，具有十分重要的科学价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有混合离子骨架结构的有机多孔材料、膜材料及制备方法，以解决现有的高分子聚合物膜材料内部的孔隙结构和孔道尺寸呈现出的不规则、弯曲、复杂多变以及尺寸大小不均匀等的不足，从而克服传统有机高分子聚合物膜材料面临的分离效率低、选择性差、抗污染能力弱等的缺点，本发明制备的具有混合离子骨架结构的有机多孔材料及其膜材料具有出色的理化稳定性、良好的机械力学性能、优异的离子型结构属性、直通有序的孔道结构和均一的孔径尺寸，这使其具备优异的选择性分离性能、良好的溶剂渗透通量、出色的抗污染能力和宽泛的使用场景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有混合离子骨架结构的有机多孔材料，所述具有混合离子骨架结构的有机多孔材料上同时具有阴离子型和阳离子型两种官能团，其结构式如式(Ⅰ)所示：

一种具有混合离子骨架结构的有机多孔材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将4,4'-二氨基-2,2'-二磺酸钠-联苯、溴化乙锭和2,4,6-三羟基-1,3,5-苯三甲醛放入反应容器中，加入反应溶剂和催化剂，在100～130℃下反应5～7天，得到混合液；