管型有机共轭聚合物的制备方法与流程

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本发明属于高分子材料合成及应用领域，具体涉及一种管型有机共轭聚合物的制备方法。


背景技术：

[0002]
随着人类社会活动及生产生活的进行，所排放有机污染物（石油醚、氯仿、四氯化碳、硝基苯、甲苯、苯等）的数量、种类逐年增加。如出现泄漏事故，则导致水环境重度污染，并因污染源复杂、持续性强，扩散范围广等而难以控制。污染造成的海水浑浊严重影响海洋植物的光合作用，从而影响海域的生产力，尤其是石油等有机产品会在海洋表面形成大面积油膜，不但阻止空气中的氧气向海水中溶解，而且自身分解也消耗水中的溶解氧，造成海水缺氧，对海洋生物产生危害并祸及海鸟和人类。
[0003]
吸附法是处理水环境污染的常用方法，是采用具有比表面积大、吸附容量和化学稳定性良好等特点的吸附制剂富集污水或是废水中的有机污染污，具有经济实惠等优点。早期使用的吸附材料大多数是活性炭、高分子树脂、有机金属骨架、多孔碳素材料、金属氧化物等，但这些吸附材料已显示出低分离选择性、低吸收能力及非再生特性等缺点。有机共轭聚合物由极性很弱的苯基和炔键构成，不仅有低表面自由能，而且总体极性与一般有机物相近；含有刚性和共轭结构，分子间的堆积产生大量孔隙，形成粗糙的微纳米结构。目前已有将具有疏水和亲油性质的有机共轭聚合物作为吸附剂应用于水环境污染处理的相关报道，可利用其对不同种类有机化合物吸附能力的差异，富集、分离水体中的有机化合物，具有吸附量大、选择性高、动力学吸附性能好及重复使用性好等优点。然而，现有报道的有机共轭聚合物多是以无定形或粉末状的形式存在，分子聚合度无法控制，聚合物颗粒形状不同且粒径相差很大，限制了聚合材料的应用范围。


技术实现要素：

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本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种管型有机共轭聚合物的制备方法。
[0005]
本发明的技术解决方案是：一种管型有机共轭聚合物的制备方法，其特征在于在惰性气体保护下，依次按照如下步骤进行：a. 向反应瓶中加入基物a和基物混合，基物a和基物b的摩尔比为1：2，所述基物a为1,4-二乙炔基苯，基物b为间三溴苯或其衍生物；b. 继续向反应瓶中加入碘化亚铜和四（三苯基膦）钯（0）为催化剂，碘化亚铜、四（三苯基膦）钯（0）的加入量与基物a和基物b的混合物摩尔比为0.02：0.05~0.06：1；c. 继续向反应瓶中加入非极性溶剂c和碱性溶剂d，所述非极性溶剂c为对二甲苯，碱性溶剂d为三乙胺；所述非极性溶剂c和碱性溶剂d加入量与基物a的配比均为5ml：1mmol；d. 将步骤c所得混合物升温至40℃后，反复保温10分钟、升温10℃，直至温度达到60~90℃温度，将混合物搅拌反应1~3h，再取基物a和碱性溶剂d混溶后加入反应瓶中，所述基物
a的加入量为a步骤加入量的2倍，所述碱性溶剂d的加入量与c步骤加入量的体积比为2：5；e. 保持温度不变，将步骤d所得混合物搅拌反应5~24h，之后将反应产物经过过滤并依次用二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇清洗，再用甲醇或二氯甲烷为溶剂进行索氏提取，将抽提三天的产物经过真空干燥得到管型有机共轭聚合物。
[0006]
本发明采用分段合成方法，先使用二乙炔基苯和间三溴苯及其衍生物聚合成线性结构，后继续添加二乙炔基苯使其定向生长并利用其导向作用层层包裹逐步聚合，其中的基物b使得聚合物不能完全闭合，最终形成具有较大比表面积的管型有机共轭聚合物。本发明方法简单且可操作性强，反应产物形态稳定，尤其是管型材料互相缠绕，更容易团聚成为较大颗粒材料，相对现有技术不仅可有效提高吸附量，而且具有更高的选择性及更好的动力学吸附性能，应用范围更为广泛。
附图说明
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图1、图2是本发明实施例1所得产物部分形貌电镜图。
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图3、图4是本发明实施例2所得产物部分形貌电镜图。
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图5是本发明实施例1吸附有机物能力的检测效果图。
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图6是本发明实施例1吸附甲醇中有机物性能的检测检测效果图。
具体实施方式
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实施例1：本发明的一种管型有机共轭聚合物的制备方法，在氩气保护下，依次按照如下步骤进行：a. 向反应瓶（装有恒压滴液漏斗、球形冷凝管的两口瓶）中加入1mmol基物a和2mmol基物b混合，所述基物a为1,4-二乙炔基苯，基物b为2,4,6-三溴苯胺；b. 继续向反应瓶中加入碘化亚铜和四（三苯基膦）钯作为催化剂，碘化亚铜、四（三苯基膦）钯（0）的加入量分别为0.06摩尔、0.15摩尔，磁力搅拌10分钟；c.继续向反应瓶中注射加入5ml非极性溶剂c和5ml碱性溶剂d，所述非极性溶剂c为对二甲苯，碱性溶剂d为三乙胺，磁力搅拌10分钟；d. 将步骤c所得混合物升温至40℃后，反复保温10分钟、升温10℃，直至温度达到80℃温度，将混合物搅拌反应2h，部分产品聚合；再取基物a和碱性溶剂d混溶后，通过滴液漏斗将混溶物加入反应瓶中，所述基物a的加入量为2mmol，所述碱性溶剂d的加入量2ml；e. 保持温度不变，将步骤d所得混合物搅拌反应8h，之后将反应产物经过过滤并依次用二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇清洗数遍，再用甲醇或二氯甲烷为溶剂进行索氏提取，将抽提三天的产物再次过滤清洗并经过真空干燥得到管型有机共轭聚合物。
[0012]
所得管型有机聚合物部分形貌如图1和2所示，为管型（中空）形貌。
[0013]
实施例2：本发明的一种管型有机共轭聚合物的制备方法，在氩气保护下，依次按照如下步骤进行：a. 向反应瓶（装有恒压滴液漏斗、球形冷凝管的两口瓶）中加入1mmol基物a和2mmol基物b混合，所述基物a为1,4-二乙炔基苯，基物b为2,4,6-三溴苯酚；
b. 继续向反应瓶中加入碘化亚铜和四（三苯基膦）钯作为催化剂，碘化亚铜、四（三苯基膦）钯（0）的加入量分别为0.06摩尔、0.18摩尔，磁力搅拌10分钟；c.继续向反应瓶中注射加入5ml非极性溶剂c和5ml碱性溶剂d，所述非极性溶剂c为对二甲苯，碱性溶剂d为三乙胺，磁力搅拌10分钟；d. 将步骤c所得混合物升温至40℃后，反复保温10分钟、升温10℃，直至温度达到60℃温度，将混合物搅拌反应3h，部分产品聚合；再取基物a和碱性溶剂d混溶后，通过滴液漏斗将混溶物加入反应瓶中，所述基物a的加入量为2mmol，所述碱性溶剂d的加入量2ml；e. 保持温度不变，将步骤d所得混合物搅拌反应20h，之后将反应产物经过过滤并依次用二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇清洗数遍，再用甲醇或二氯甲烷为溶剂进行索氏提取，将抽提三天的产物再次过滤清洗并经过真空干燥得到管型有机共轭聚合物。
[0014]
所得管型有机共轭聚合物部分形貌如图3和4所示，为管型（中空）形貌。
[0015]
实验：1.吸附有机物能力的检测：检测方法：将本发明实施例1的样品（约10mg）装于细玻璃管中，用玻璃管沾取不同的有机溶剂，再称量吸附的有机溶剂的重量，通过计算得到聚合物吸附有机物能力。
[0016]
结果如图5所示，纵坐标所示为不同有机溶剂，横坐标是吸附的溶剂与聚合物的质量比。结果表明本发明实施例1的有机共轭聚合物对有机物质有强的吸附能力，其中吸附甲苯的能力可以达到自身重量的4倍，对于密度较大的硝基苯吸附能力可以达到自身重量的7倍。同时该有机共轭聚合物完全不吸附水，能快速实现油水的分离。
[0017] 2. 吸附甲醇中有机物性能的检测：配制100 ml 的甲醇和有机物的混合溶液（用甲醇代替水，甲醇的极性与水相近且可以用气相色谱直接检测），配制溶液浓度为1%（重量比），用气相色谱样品峰面积标定浓度。产品用天美gc7900氢火焰检测气相色谱测量，色谱柱为 se-54 毛细管柱 （30 m
×ꢀ
0.53 mm
×
1.0 μm），分流比为100:1，进样体积 为0.2 μl；柱箱温度45 ℃，检测器和进样器温度均为160 ℃；载气为氮气，压力为0.085 mpa，氢气压力为0.100 mpa，空气压力为0.140 mpa。
[0018]
取0.1 g 本发明实施例1所得有机共轭聚合物加入到上述混合溶液中，振荡30分钟，过滤除去有机共轭聚合物聚合物后取少量混合溶液，检测，根据峰面积的比值计算其中有机物的浓度，再计算得到有机物质的脱除效率。
[0019]
结果如图6所示，纵坐标所示为不同有机溶剂，横坐标是有机溶剂的脱除效率。结果表明本发明的有机共轭聚合物对极性较弱的有机物质有很强的吸附能力，而对极性较强的有机物质吸附能力较弱。利用其吸附能力的不同，实现吸附分离的效果。