摘要
吸附分离技术因操作简单、吸附剂可循环再生等优势，被广泛应用于污染物的吸附捕集。吸附分离技术的关键在于吸附剂的选择。近年来，由C、N、O、B等轻质元素构成的共价有机框架(CovalentOrganicFrameworks，COFs)，具有规整的孔结构、低密度和高热稳定等特点，被认为是吸附分离领域的理想材料平台。通过设计不同孔结构和功能性的COFs，可获得高性能的吸附剂材料。从多孔结构来看，COFs框架应满足在水及高温高压条件下的稳定性;同时从性能角度出发，应在COFs骨架中引入丰富的功能组分实现高的吸附性能。 本论文基于COFs网状化学设计原则，通过对初级配体的理性设计，实现了COFs结构性能的精准控制。并分别将挥发性碘与有机染料作为研究对象，考察孔性质与吸附位点对吸附性能的影响，结合理论计算探讨构效关系。具体研究内容和结果包括以下两个部分: (1)以芘氨基与咔唑醛基为构筑单元，经可逆席夫碱反应制备了一系列咔唑基二维COFs(Py-Car-COFs)。通过改变咔唑中烷基碳链的长短，可调控二维COFs的多孔结构和吸附位点的亲和力，并结合碘蒸气吸附实验和理论量化计算建立构效关系。结果表明，延长咔唑的烷基链长会改变COFs堆积能，进而显著影响其多孔结构。同时，不同取代基的氮吸附位点与碘分子的结合能也有着较大的差异。在吸附位点与孔体积的共同影响下，Py-Car-COF-4表现出了更好的碘吸附性能，在75℃和常压下的吸附量达到了4.5gg-1。吸附-脱附循环实验表明Py-Car-COFs具有良好的可再生性能，三次循环后均能保持2gg-1以上的饱和吸附量，是用于碘蒸气吸附的理想材料。 (2)选用含咔唑和三嗪单元的配体合成了亚胺键连接的共价有机框架材料(Ttba-Car-COFs)。通过烷基碳链调控COFs的比表面积和孔体积，并考察孔性质对材料吸附RhB染料性能的影响。研究结果表明，COFs比表面积与其吸附性能密切相关，高比表面积更有利于染料分子RhB在COFs孔道中富集。在常压室温下，具有更高比表面积的Ttba-Car-COF-1对RhB的饱和吸附容量可达840mgg-1。动力学实验表明Ttba-Car-COF-1具有极佳的吸附效率，在10min内可吸附90％以上的污染物，并且材料经过三次循环后依然能保持自身的结构和性能，展现出优异的可再生能力。
NETL