[发明专利]一种基于芳香酮的三聚氰胺编织型聚合物材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于芳香酮的三聚氰胺编织型聚合物材料及其制备方法和应用。将芳香酮和三聚氰胺在溶液体系中进行缩合反应，即得具有特殊微孔和超微孔结构，且富含三氮杂环的聚合物材料，该方法易于实现聚合物材料的化学结构、孔结构以及微观结构的可控调节，特别是合成的聚合物材料具有出色的CO₂捕获能力和对水溶液中Hg²⁺的吸附性能，且该聚合物材料结构稳定性优异，表现出良好的循环使用能力，大幅度降低其使用成本。

技术领域

本发明涉及一种吸附材料，特别涉及一种基于芳香酮的三聚氰胺编织型聚合物材料，还涉及一种基于芳香酮的三聚氰胺编织型聚合物材料的制备方法及其在CO₂吸附或Hg²⁺吸附方面的应用，属于功能高分子合成技术领域。

背景技术

温室气体排放导致的全球变暖受到广泛关注。在温室气体中，二氧化碳(CO₂)由于排放量巨大，对全球变暖的贡献超过60％，其主要来源于化石燃料的燃烧。目前，大气中的二氧化碳浓度已接近400ppm，大大高于工业化前的约280ppm。全球变暖不仅危害自然生态系统的平衡，更威胁着人类的生存。为了缓解全球变暖，世界上的工业化国家就必须抑制CO₂的排放。现今，我国也正处于发展建设的高速时期，需要消耗大量化石能源作为支柱，预计在2030年出现CO₂排放量的峰值，这就需要对排放的CO₂采取相应的措施。采用CO₂捕集和封存(CCS)技术，可以有效减少CO₂的排放。相比于传统胺溶液捕获CO₂技术，CCS技术安全，无毒，再生性好，同时不会对设备造成腐蚀。到2050年，这一技术的使用比例将达到19％。因此，开发CCS技术以应对全球CO₂减排需求至关重要。

汞因其挥发性、持久性和生物累积性，被认为是影响人类健康的最有毒的金属之一，对生态系统造成巨大影响。在自然界水体中积累的汞通常会沉淀并转化为有毒的甲基汞，进入食物循环并导致生物严重疾病。汞在人体内的积累可能会导致各种健康问题，如脑损伤、中枢神经综合征、水俣病以及认知和运动障碍等。因此，国家规定工厂污水排放总汞(无机汞)浓度应低于0.02mg/L。鉴于汞的巨大危害，必须开发有效的方法将其从环境中去除。在现有的汞去除技术中，吸附分离是最为简单、方便和有效的技术之一，开发优异的Hg²⁺吸附剂至关重要。

多孔材料吸附已被公认为从环境中去除污染物的最经济有效的方法。其中活性炭和金属有机框架(MOF)因其高比表面积和孔体积被广泛使用。但活性炭在吸附中的选择性差、难以功能化和再生以及MOF结构的不稳定性易造成二次污染等缺点限制了其发展。因此近年来，多孔有机聚合物由于其高选择性、稳定性和易于后功能化等优势受到了越来越多的关注。三聚氰胺编织型聚合物材料因其特殊的交联过程，可使得材料拥有较大的比表面积和丰富的微孔分布，此外材料制备过程中三聚氰胺的大量引入也使得材料具备了丰富的氮原子含量。这些特征使得三聚氰胺编织型聚合物材料可拥有良好的CO₂和Hg²⁺吸附性能。但目前三聚氰胺编织型聚合物材料多以含醛基单体为主，一方面材料的孔道缺乏填充和支撑，从而难以获得大量超微孔和孔道稳定性；另一方面，单体选择的单一性限制了材料发展的灵活性和广泛性。

发明内容

针对现有技术中的三聚氰胺编织聚合物材料存在单一性、局限性以及在污染物吸附方面的平庸性等技术问题，本发明的第一个目的是在于提供一种基于芳香酮的三聚氰胺编织型聚合物材料，该聚合物材料利用三聚氰胺的氨基与芳香酮的羰基之间通过缩合反应进行交联编织成具有特殊微孔和超微孔结构，同时富含三氮杂环的聚合物材料，其通过芳香酮引入芳基来填充聚合物材料孔道以产生均匀分布的微孔和超微孔，能够对CO₂起到更为优异的捕获作用，同时通过三聚氰胺带入的具有丰富氮原子的三氮杂环极大地加强了材料对水溶液中Hg²⁺的选择性配位吸附能力，并且整个聚合物材料表现出了优异的循环使用稳定性，极大增强了聚合物材料的经济性和环保性。