[发明专利]一种共价有机框架材料及其制备方法和应用

说明书

一种共价有机框架材料及其制备方法和应用，它涉及共价有机框架材料及其制备方法和应用。它是要解决现有的共价有机框架材料仅适用于碘蒸气的吸附、对碘的吸附平衡时间长的技术问题。本发明的共价有机框架材料的结构单元为：它是采用2‑(4‑氨基苯基)‑1H‑菲[9,10‑d]咪唑‑6,9‑二胺和间苯二甲醛反应得到的，该共价有机框架材料用于吸附碘蒸气或有机溶剂Ⅲ中的碘。对碘蒸气的最大吸附量可达到为1.69g·g^‑1，30h时达到吸附平衡，对碘蒸气的去除率为169wt％；对100mg/L的环己烷‑碘溶液的碘的吸附量为127.80mg·g^‑1。可循环使用4次以上。可用于碘的去除领域。

技术领域

本发明涉及共价有机框架材料及其制备方法和应用。

背景技术

放射性碘(¹²⁹I和¹³¹I)是一种典型的放射性污染物，其能在空气中迅速扩散，对人体健康危害极大。放射性碘的辐射效应可长达1000万年，其中¹²⁹I的半衰期为1570万年。因此，研究能有效地除去放射性碘的材料具有重大意义且具有极强的挑战性。沸石、活性炭、分子筛、金属有机框架(MOFs)等材料已被研究并用于碘的去除，这些材料的设计主要基于孔道以及特定的孔道环境作用力。然而这些材料的孔道复杂、不规则等因素往往导致吸附过程孔道连接处被阻塞，孔道吸附能力受限无法达到预期的吸附效果。

共价有机框架材料(Covalent organic frameworks，COFs)作为一类通过强共价键连接的结晶多孔有机聚合物，具有结构多样可设计、孔隙率高及稳定性好等诸多优点，近年来越来越受到研究者的青睐。目前，有关共价有机框架材料用于碘吸附的文献已被陆续报道，2020年41卷第12期《高等学校化学学报》上的文章《具有高气态碘吸附的二维介孔共价有机框架》设计并合成了一种新型的二维介孔共价有机框架材料可多次循环用于碘蒸气的吸附且保持几乎不变的吸附量，但是这种材料不能用于吸附有机溶剂中的碘。2019年第49卷第1期《中国科学》上的文章《富氮共价有机框架材料的合成及其碘吸附性能研究》设计并合成了一种富氮的新型共价有机框架材料，对碘蒸气具有吸附特性。此外，公开号为CN109705049A的中国专利公开了一种应用于高效碘吸附席夫碱环状化合物，它具有优异的碘吸附和储存性能。但这两种材料却只能用于碘蒸气的吸附，使应用受到限制，同时对碘的吸附平衡时间长。

发明内容

本发明是要解决现有的共价有机框架材料仅适用于碘蒸气的吸附、对碘的吸附平衡时间长的技术问题，而提供一种共价有机框架材料及其制备方法和应用。该共价有机框架材料可同时吸附碘蒸气和有机溶剂中的碘，并可快速达到吸附平衡，且具有良好的循环吸附性能。

本发明的共价有机框架材料的结构单元为：

记为m-PICOF。

上述的共价有机框架材料，是采用2-(4-氨基苯基)-1H-菲[9,10-d]咪唑-6,9-二胺和间苯二甲醛反应得到，具体的制备方法如下：

一、按2-(4-氨基苯基)-1H-菲[9,10-d]咪唑-6,9-二胺与间苯二甲醛的物质的量的比为1：(1～5)称取2-(4-氨基苯基)-1H-菲[9,10-d]咪唑-6,9-二胺和间苯二甲醛，加入到schlenk管中，再加入有机溶剂I和酸，混合均匀；

二、将schlenk管进行抽真空-充氮气的循环操作，使schlenk管内保持氮气环境；

三、将schlenk管加热至100～200℃，反应1-7天；

四、反应结束后降至室温，抽滤，滤饼用有机溶剂II反复洗涤，真空干燥后，得到共价有机框架材料。

更进一步地，步骤一中所述的有机溶剂I为均三甲苯、对二氯苯、N,N-二甲基甲酰胺、二氧六环、正丁醇中的一种或任意两种的组合；