摘要
自具微孔聚合物（PIMs）依靠自身刚性和分子链的非平面扭曲结构获得微孔和高比表面积，而且具有溶液可加工性、良好的热稳定性和化学稳定性等特点，广泛应用于催化、气体分离和储氢等领域。随着经济发展和科技进步，对材料的应用化需求越来越多，甚至需要一种材料同时具备多种应用，PIMs优异的特性为多应用化提供了可能。本文通过高温聚合法制备一种可溶性自具微孔聚合物(PIM-1)，并应用于水中酚类化合物的吸附去除和碘蒸气的高灵敏、快速检测，解决环境问题同时，开拓了PIMs新的应用。主要研究内容如下: 1、高效去除水中酚类化合物，解决常规吸附剂堵塞后不宜活化再生问题。吸附法去除水中酚类化合物是污水处理的重要领域，目前存在的吸附剂以石墨等非可溶性多孔材料为主，虽然可以提供良好的吸附容量和吸附动力学，但吸附过程难免会受到污染或堵塞，导致吸附剂性能迅速下降且难以活化再生，不仅增加成本，而且产生大量固体废物。利用PIMs材料固有多孔和可溶性特点，设计了一种良性溶剂溶解.过滤.非良性溶剂析出的策略，可以很好地解决上述问题，PIM-1不溶于水，但可以溶于氯仿、二氯甲烷等有机溶剂，被堵塞后可以通过溶解方式将堵塞物释放出来。此外，PIM-1具有与目前先进的酚类吸附剂相当的吸附容量，能够快速吸附酚类化合物，使其浓度降低到饮用水的安全标准以下;通过密度泛函理论(DFT)计算证明PIM-1的氰基和苯酚的酚氧基之间因氢键作用而存在强亲和力;而且可在一定pH值范围内选择性吸附酚类化合物。这项工作为可溶性有机聚合物作为吸附剂提供了理论和实验依据。 2、制备便捷式传感薄膜，实现碘蒸气高灵敏检测。在核燃料后处理或发生核事故时，快速、灵敏地检测放射性碘并发出预警，对环境和人的生命安全至关重要。PIM-1具有非常强的荧光，而碘蒸气可以高效快速猝灭这种荧光，基于此，通过制备PIM-1薄膜，利用荧光传感实现了对碘蒸气的高灵敏检测。首先测试了离线荧光检测，自支撑PIM-1薄膜暴露于碘蒸气后，其荧光强度急剧下降，ppb浓度的碘蒸气就可在5分钟内使荧光几乎完全猝灭，而H2O、CO2或H2S等的存在对检测基本没有影响。进一步搭建一台便携式荧光检测设备，将PIM-1薄膜镀到毛细管内表面，实现了荧光实时在线检测。理论计算表明，碘分子与PIM-1荧光发色单元存在相互作用，其最低空轨道(LUMO)低于PIM-1的LUMO，使得PIM-1激发态电子很容易跃迁到碘分子，从而发生荧光猝灭。同时，PIM-1的高孔隙率和固有多孔结构有利于碘蒸气的吸附，具有高灵敏性。
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