[发明专利]一类自具微孔共聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料合成与制备技术领域，为了解决现有技术中的吸附型聚酰亚胺气凝胶不易成型或吸附还原性能差的问题，提供一种新颖结构自具微孔共聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料及其制备方法，由于自具微孔结构的引入，增加孔隙率，显著提高对二氧化碳、重金属以及染料的吸附性能，制备出的聚酰亚胺气凝胶块体具有海绵手感，吸附还原能力强，是一种综合性能优异的块体吸附剂材料。本制备方法简单，适合大规模生产，制备出的聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料可应用于二氧化碳、重金属以及染料等吸附领域，在实际应用中，可作为良好的吸附剂候选材料。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一类自具微孔共聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料及其制备方法。

背景技术

随着工业经济的发展，人们对能源的开发利用越来越广泛，随之而来的环境污染问题也日益增加，例如化石和煤炭等非再生能源的大量消耗致使二氧化碳排放量急剧上升，造成环境温度升高，气候恶化；印染、纺织和造纸工业的废水排放造成的水环境污染。为了解决能源与环境污染问题，科学家们做了大量的研究工作，其中有机聚合物多孔材料的开发与应用已成为目前学术界与工业界的关注热点。有机聚合物多孔材料分为很多种，例如多孔芳香族骨架材料(PAF)、共轭微孔聚合物(CMP)、共价三嗪聚合物网络(CTF)以及共价有机骨架材料(COF)等已被大量文献报道，尽管这些材料可用于光/电催化分解水或二氧化碳还原与吸附等能源与环保领域，然而，这些材料合成过程需要高温或高压，合成条件比较苛刻，最终得到固体粉末，很难得到块体材料，并且后处理也非常繁琐，从而导致材料制备成本过高、污染严重以及操作不安全等缺陷。

聚酰亚胺气凝胶是一种具有低密度、高孔隙率、高比表面积和低热导率的轻质多孔材料，与上述多孔材料相比，其合成方法简单且条件温和。现有研究中，聚酰亚胺气凝胶主要集中应用在吸附材料、催化载体、保温隔热材料等领域。现有研究制备聚酰亚胺材料吸附性能还存在不足，如聚酰亚胺气凝胶制备过程中易碎，不易成块，导致泡孔破裂坍塌，难以应用于隔热或吸附领域；还有一些研究人员研究制备聚酰亚胺气凝胶收缩率过大，导致孔隙率较低，应用于吸附材料时重复还原再吸附能力差。因此，若能够开发一种在制备工艺简单，又能显著提高吸附性能和还原性能的聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料，将会极大的拓展聚酰亚胺气凝胶的应用领域。

发明内容

为了解决现有技术中的吸附型聚酰亚胺气凝胶不易成型、收缩率过大或吸附还原性能差的问题，本发明提供一种新颖结构自具微孔共聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料及其制备方法，由于自具微孔结构的引入，不仅增加了聚合物的孔隙率，而且还能提高对二氧化碳、重金属以及染料的吸附性能，是一种综合性能优异的块体吸附材料。本制备方法简单，适合大规模生产，制备出的聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料可应用于二氧化碳、重金属以及染料等吸附领域，在实际应用中，可作为良好的吸附剂候选材料。

第一方面，本发明提供一种自具微孔共聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在氮气保护条件下，将芳香族自具微孔二胺和常用芳香族二胺单体加入到非质子极性有机溶剂中；

(2)待完全溶解后，向溶液中分批加入芳香族二酐单体，反应时间不少于12小时；

(3)向上述溶液中加入芳香族多胺基交联剂，反应时间不少于2小时；

(4)最后向溶液中加入乙酸酐/吡啶催化剂，室温下静置不少于24小时，得到块状聚酰亚胺湿凝胶，再经超临界二氧化碳干燥后即可制得自具微孔共聚酰亚胺气凝胶块体吸附材料。