[发明专利]重金属吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种重金属吸附剂，包括共价有机框架基体和接枝在所述共价有机框架基体上的聚合物分子链，所述聚合物分子链上含有可吸附重金属的功能性基团；所述共价有机框架基体通过第一单体和第二单体共聚得到，其中，所述第一单体和所述第二单体之间通过醛基和氨基缩合连接；所述共价有机框架基体包括多个有序排列的重复的孔结构单元，每个所述孔结构单元中含有3~96条所述聚合物分子链，每个所述聚合物分子链的链节上均含有一个修饰基团，且所述聚合物分子链的聚合度为2至150。本发明还涉及所述重金属吸附剂的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，特别是涉及一种重金属吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

对工业废水中有价值的重金属离子进行有针对性的回收，有利于环境和工业的可持续发展。因此，研发一种高效的吸附材料用于分离去除并回收高价值重金属离子已经成为了当今社会迫在眉睫的任务之一。

共价有机框架 (Covalent Organic Frameworks，COF) 材料是由具有刚性对称结构的有机重复单元通过共价键连接形成的，具有开放多孔结构的有序二维或三维框架材料。常规条件下共价键具有不可逆性，其一旦形成，相邻重复单元的连接方式即被确定，进而难以形成有序的晶态结构。COF的合成采用动态共价化学方法，利用两种刚性多元有机单体的偶联反应，通过控制反应条件并添加适当助剂，使其共价键的成键和断键过程能够维持一个动态的平衡，进而通过这一动态平衡实现无序结构的纠错与修复，形成具有最佳热力学稳定性优势的多孔结晶结构。

COF所具有的独特框架结构和合成方法使其易于通过单体设计的策略引入功能性基团，实现COF在多相催化、储能材料以及吸附分离领域的应用，其优秀的多孔性和稳定性也是吸附材料所需具备的基础特征。尽管COF已对部分气体、染料及金属离子表现出较强的吸附能力，但由于其刚性骨架部分通常占材料整体比例较大，而实现功能性的官能团占比相对较小，因而吸附容量和吸附效率存在一定瓶颈。

发明内容

基于此，有必要提供一种重金属吸附剂及其制备方法和应用，该重金属吸附剂具有更高的吸附容量和吸附效率。

本发明的一个方面，提供了一种重金属吸附剂，包括共价有机框架基体和接枝在所述共价有机框架基体上的聚合物分子链，所述聚合物分子链上含有可吸附重金属的功能性基团；

所述共价有机框架基体通过第一单体和第二单体共聚得到，其中，所述第一单体和所述第二单体之间通过醛基和氨基缩合连接；

所述共价有机框架基体包括多个有序排列的重复的孔结构单元，每个所述孔结构单元中含有3~96条所述聚合物分子链，每个所述聚合物分子链的链节上均含有一个修饰基团，且所述聚合物分子链的聚合度为2~150。

在其中一个实施例中，所述聚合物分子链的聚合度为100~200，更优选为120~150。

在其中一个实施例中，所述第一单体的分子结构具有刚性环结构和至少三个氨基或醛基，所述第二单体的分子结构具有刚性环结构、至少两个氨基或醛基和至少一个可交联的碳碳双键，且所述第一单体和所述第二单体中至少有一个含有氨基，另一个含有醛基。

在其中一个实施例中，所述第一单体独立选自以下结构式中的任意一种：

、、、、、，

所述第二单体独立选自以下结构式中的任意一种：

、、，

其中，X₁每次出现均选自-NH₂或-CHO，X₂每次出现均选自-NH₂或-CHO，且X₁和X₂为不同基团；X₃每次出现时分别独立的选自H或-CH=CH₂，且至少有一个X₃选自-CH=CH₂。