摘要
大规模制备具有高比表面积和快物质传输速率的多孔聚合物是一个严峻的挑战，研制与开发此类多孔聚合物材料具有重要的科学意义和广泛的应用前景。莲藕是一种天然的生物分级材料，它含有两类孔隙结构，一类是规整取向有序的厘米级的通孔结构，有利于气体的传输，另一类是藕壁上的次级孔结构，有利于有机营养物质的传输与吸收，这两类孔形态不同，功能各异。莲藕特有的阶层多孔结构为新型多孔聚合物的设计提供了思路。本论文提出采用有机溶剂晶体致孔与其它致孔方法相结合以制备藕状仿生微米-纳米阶层多孔材料，并考察其用于油水乳液、二氧化碳以及环境污染物的富集与分离。具体研究内容如下： 1、超双亲复合冻凝胶的制备及其在油水乳液分离方面的应用。采用冷冻自由基聚合的方法，以亲水性的聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA600）为单体和交联剂，以疏水性的聚二乙烯基苯（PDVB）微球为添加剂，以二甲基亚砜（DMSO）为溶剂和晶体致孔剂制备了藕状仿生多孔聚合物。考察了不同的PDVB与PEGDA质量比对所得材料的形貌及油水乳液分离能力的影响。结果表明，所得复合冻凝胶材料具有微米级超大孔结构，其孔径范围主要分布在1~100μm之间，同时具有在空气中超亲水超亲油、油下超亲水、水下疏油的性质。当PDVB与PEGDA的质量比为1:2时，所得复合冻凝胶对于油水乳液具有快速的分离速率和高的分离效率，分离过程只需重力作用即可实施，分离效率达99.8%，且重复使用8次后的分离效率未发现有明显变化。 2、超大孔高比表面积聚二乙烯基苯冻凝胶的制备及其吸附性能研究。采用有机溶剂晶体致孔的冷冻聚合与溶剂热后交联反应制备藕状仿生阶层多孔材料。首先以二乙烯基苯（DVB）为单体，以DMSO为溶剂，其晶体为致孔剂，通过低温冷冻自由基聚合得到超大孔冻凝胶，然后以此冻凝胶为前驱体，以二氯乙烷为溶剂，分别在溶剂热条件下，利用自由基聚合反应和傅克烷基化反应对其进行后交联，从而在超大孔的基础上产生纳米级孔，得到阶层多孔聚合物。通过扫描电镜和氮气吸附实验对所得材料的孔结构进行表征，结果表明所得材料既具有微米级超大孔又具有纳米级孔的阶层多孔材料。将所得材料用于二氧化碳的储存和苯胺的吸附分离，实验结果显示傅克反应后交联所得的材料对二氧化碳储存量达13.62 mmol/g（25 bar，273 K），对苯胺的最大吸附量为333.33 mg/g。 3、傅克加成冷冻聚合制备含氟阶层多孔聚合物。采用在较低温度下，通过有机溶剂晶体致孔的傅克加成反应一步制备了阶层多孔材料。以氟基苯乙烯为功能单体，以DVB为交联剂，以醋酸为溶剂，其晶体为致孔剂，以无水三氯化铁为催化剂，在-18 ℃下，通过傅克加成聚合一步制得阶层多孔聚合物。初步考察了不同溶剂，催化剂用量，功能单体的用量等条件对所得材料形貌及孔结构的影响。
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