一种有机多孔聚合物材料在空气净化中的用途的制作方法

本发明属于环境治理材料技术领域，具体涉及一种用于可挥发性有机物吸附、实现空气净化目的的有机微孔聚合物材料。

背景技术：

可挥发性有机化合物(vocs)广泛存在于家具、纺织面料、油漆、胶粘剂、装饰材料等，而vocs对人的身体健康影响巨大，对身体带来严重危害，因此家居环境、密闭空间(潜艇、飞船等)等对vocs的高效吸附需求巨大。

活性炭及分子筛等多孔材料在商业上被广泛用于vocs吸附，但是这些材料的吸附量不能满足需求，且空气中的水蒸气及二氧化碳等影响vocs吸附。因此需要继续开发低成本、高选择性的高效vocs吸附剂。

多孔聚合物是一种新型的多孔材料，广泛应用在非均相催化、吸附、分离和气体存储等方面，三嗪基多孔聚合物是有机多孔聚合物中的重要一个种类，高温稳定性好，目前三嗪基多孔聚合物用于二氧化碳、甲烷、乙烯等气体吸附的研究表明三嗪基多孔聚合物用于空气净化的潜力，然而芳香烃类、卤代烃类等重要的vocs分子的吸附行为还不清楚、机理也不明确。

技术实现要素：

本发明目的是克服现有技术存在的上述不足，推出一种能够在高湿度情况下、高效吸附vocs的有机微孔聚合物材料并用于空气净化，可有效的改善人居环境。

本发明的技术方案

一种有机微孔聚合物材料在空气净化中的用途，所述有机微孔聚合物材料由结构中含有三嗪环的微孔聚合物组成；可以是一种或几种有机微孔聚合物混合而成，具体用于有机蒸汽吸附领域。

所述的有机多孔聚合物孔道表面可含有碳氢键、碳氟键、碳氯键、羰基或氨基等基团。

所述的有机多孔聚合物，包含经过400-800℃高温炭化后所获得的多孔碳，为氮掺杂多孔碳，可以通过调整原料的比例和煅烧温度来调节其结构和孔径分布。

所述的有机多孔聚合物的孔径范围为0.5-8nm，优选为1-3nm。

所述的空气净化为吸附有机可挥发性化合物，包括含苯环类、卤化物、硫化物、含氨基化合物等。

本发明的优点和有益效果：

本发明提供的三嗪基多孔聚合物，具有制备成本低、高温稳定性好、结构及官能团可调节等优点。通过孔径和表面基团的调节能够实现高选择性的高效吸附vocs，避免空气中的水和二氧化碳的干扰。

附图说明

图1为所述有机多孔聚合物的结构通式及代表性材料结构图。

图2为代表性的有机多孔聚合物(ctf-1)的苯、甲苯、及二甲苯的蒸汽吸附图。

图3为代表性的有机多孔聚合物(ctf-2)的邻二甲苯、间二甲苯与对二甲苯的蒸汽吸附图。

图4为代表性的有机多孔聚合物(clctf-1)的苯、甲苯、邻二甲苯和氯苯的蒸汽吸附图。

图5位为代表性的有机多孔聚合物(ctf-1)在空气中苯、甲苯及二甲苯的动力学吸附曲线。

图6为代表性的有机多孔聚合物(ctf-2)、商业化活性炭与高温处理的ctf-2获得的氮掺杂活性炭用于真实空气净化的动力学分离曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于这些实施例。

本发明所列多孔聚合物的合成方法为：含有多氰基的单体，在氯化锌催化下，在300-600摄氏度范围内，在不锈钢反应器中反应2-40小时所获得；获得的多孔聚合物经过沸水及盐酸在40-100摄氏度范围内进行纯化、过滤干燥后获得。多孔聚合物的结构特点如附图1所列，多孔结构单元含有三嗪环用以链接其他基团，基团可调解性好，可引入联苯、氟代苯、氯代苯、内酰胺等基团。

本发明所列多孔聚合物的结构表征采用红外、气体吸附进行获得聚合物的化学结构和多孔结构信息。

本发明所测蒸汽的吸附量通过全自动重量法蒸汽吸附仪在不同分压、不同脱气温度以及时间下测量其对不同可挥发性有机物的吸附量。以挥发性有机化合物，为吸附质，在不同分压下进行吸附测定，测试范围p/p0为0.05～0.95。

本发明所测试的空气中动力学吸附曲线是称取定量的有机聚合物于石英管中，采用在线定量气体分析质谱仪进行气体的吸附分离检测，经过选择性吸附分离，由电脑监控质谱在线实时监测，结合计算得出分离结果。

实施例1

以对苯二腈为单体，以1:1的质量比与氯化锌均匀混合后置于不锈钢反应釜中，经过400摄氏度加热20小时获得ctf-1，ctf-1经过1m盐酸80摄氏度处理5小时、去离子水100摄氏度处理1小时候过滤干燥得到纯品ctf-1以备后续测试。吸附材料为ctf-1，经过液氮温度下的氮气吸附测得，其孔径为2nm，比表面积为660m²g^-1。将ctf-1，置于蒸汽吸附仪中测试其对芳烃类可挥发性有机化合物的吸附特性，测试结果表明ctf-1具有优异的蒸汽吸附性能，其对苯的吸附量为490mg/g，甲苯的吸附量为460mg/g，二甲苯的吸附量为360mg/g、邻二甲苯的吸附量为270mg/g、间二甲苯的吸附量为306mg/g，氯苯的吸附量为530mg/g，详细吸附曲线如附图2所示。

实施例2

以联苯二腈为单体，以1:1的质量比与氯化锌均匀混合后置于不锈钢反应釜中，经过400摄氏度加热20小时获得ctf-2，ctf-2经过1m盐酸80摄氏度处理5小时、去离子水100摄氏度处理1小时候过滤干燥得到纯品ctf-2以备后续测试。吸附材料为ctf-2经过液氮温度下的氮气吸附测得，其孔径为2.2nm，比表面积为940m²g^-1。将ctf-2，置于蒸汽吸附仪中测试其对芳烃类可挥发性有机化合物的吸附特性，测试结果表明ctf-2具有优异的蒸汽吸附性能，其对二甲苯的吸附量为520mg/g、邻二甲苯的吸附量为360mg/g、间二甲苯的吸附量为390mg/g，详细吸附曲线如附图3所示。

实施例3

以四氯代对苯二腈为单体，以1:1的质量比与氯化锌均匀混合后置于不锈钢反应釜中，经过400摄氏度加热20小时获得clctf-1，clctf-1经过1m盐酸80摄氏度处理5小时、去离子水100摄氏度处理1小时候过滤干燥得到纯品clctf-2以备后续测试。吸附材料为clctf-1经过液氮温度下的氮气吸附测得，其孔径为1.8nm，比表面积为760m²g^-1。将clctf-1，置于蒸汽吸附仪中测试其对芳烃类可挥发性有机化合物的吸附特性，测试结果表明clctf-1具有优异的蒸汽吸附性能，对苯的吸附量为690mg/g，甲苯的吸附量为620mg/g,对二甲苯的吸附量为590mg/g、氯苯的吸附量为740mg/g，详细吸附曲线如附图4所示。

实施例4

以四氟代对苯二腈为单体，以1:1的质量比与氯化锌均匀混合后置于不锈钢反应釜中，经过400摄氏度加热20小时获得fctf-1，fctf-1经过1m盐酸80摄氏度处理5小时、去离子水100摄氏度处理1小时候过滤干燥得到纯品fctf-2以备后续测试。吸附材料为fctf-1经过液氮温度下的氮气吸附测得，其孔径为2.1nm，比表面积为810m²g^-1。将fctf-1，置于蒸汽吸附仪中测试其对芳烃类可挥发性有机化合物的吸附特性，测试结果表明fctf-1具有优异的蒸汽吸附性能，对苯的吸附量为350mg/g，甲苯的吸附量为290mg/g,对二甲苯的吸附量为560mg/g，对甲醛的吸附量为900mg/g，甲醇的吸附量为1050mg/g,乙醇的吸附量为800mg/g。

实施例5

测试了多孔聚合物对空气中可挥发性有机化合物的动态吸附性能，以1克ctf-1颗粒填充于石英管(内径1cm)中，将含饱和苯、甲苯、二甲苯、水蒸汽的空气以50ml/min流速通入石英管内，采用质谱检测经过净化后的空气组分，7小时后质谱检测到苯、17小时检测到甲苯、24小时检测到二甲苯，表明ctf-1能够高效吸附可挥发性有机化合物分子，表明1gctf-1颗粒能够净化至少20l空气，结果如附图5所示。

实施例6

测试了多孔聚合物ctf-2在模拟真实饱和可挥发性有机化合物的净化效果，以1克ctf-2颗粒填充于石英管(内径1cm)中，将含饱和苯、甲苯、二甲苯、水蒸汽的空气以50ml/min流速通入石英管内，采用质谱检测经过净化后的空气组分，结果如附图6所示，co2、h2o几乎不影响ctf-2的空气净化能力。我们对比了ctf-2与650摄氏度高温炭化后的ctf-2-650和目前商业上广泛使用的可挥发性有机化合物吸附口罩中的活性炭的空气净化能力，可见商业化活性炭在36小时左右失去活性、ctf-2-650在120小时左右失去活性、而ctf-2的失活时间可持续至近200小时，表明ctf-2能够高效吸附可挥发性有机化合物分子，表明1gctf-2颗粒能够净化至少600l空气。