种子溶胀法制备多孔离子液体聚合物

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1、种子溶胀法制备多孔离子液体聚合物1.引言随着工业的发展，人类利用石化等燃料而排放到大气中的CO2与日俱增，全球问题日益严峻[1-3]，因此CO2的减排称为21世纪需要解决的首要问题。人们常用的吸收CO2的方法，如膜吸收器吸收法、人工合成多孔海绵吸收法、CaO吸收法等吸收效益都不甚理想，因此，迫切需要一个新材料来有效地分离CO2，离子液体在固定和转化CO2方面都显示出了诸多优点[4,5]，因此备受研究者的青睐和推崇。离子液体（LonicLiquids），是指在室温下完全由离子组成的有机液体物质，也被称为室温离子液体，具有低的蒸气压、不挥发、较大的液相范

2、围、较好的化学稳定性和较宽的电化学窗口等诸多优点[6,7]，所以人们对离子液体的研究越来越深入，离子液体的应用范围也越来越广。将离子液体与高分子相结合，合成具有特殊性能的离子液体聚合物，研究表明，此聚合物有更好的CO2吸附性能[8,9]。Blasig等[10]对聚合离子液体进行相关研究发现，在348K和115MPa时，CO2在含有铵基的2个聚离子液体P[VBTMA][BF4]和P[MATMA][BF4]的溶度比在双酚A聚砜中的溶度高。在同一温度和压力下，CO2在P[VBTMA][BF4]中的溶度也比在P[MATMA][BF4]的高。Tang等[11]

3、的实验也表明，离子液体单体的聚合体，如在333K的二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，用偶氮二异丁腈(AIBN)作引发剂，由相应的离子液体单体通过自由基聚合而成的聚[1-(4-苯乙烯基)-3-丁基咪唑四氟硼酸酯](PVBIT)、聚[1-(4-苯乙烯基)-3-丁基咪唑四氟磷酸酯](PVBIH)、聚[2-(1-丁基咪唑-3)-甲基丙烯酸乙酯四氟硼酸酯](PVBMT)等，比室温离子液体[bmim][BF4]对CO2的吸收能力更强。本研究合成了1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与丙烯腈单体配比70：30共聚物（简写为PAMIT-AN-7）和聚苄乙基三甲基铵四氟硼酸

4、盐（P[VBTMA]BF4）,为了进一步提高季铵盐类离子液体聚合物吸收CO2的能力，作者尝试采用种子溶胀法将聚合物制备成具有多孔结构的材料，并考察了两种多孔聚合物的CO2吸附性能，旨在为多孔离子液体聚合物用于吸附CO2提供实验依据。2.实验部分2.1原料和仪器1-甲基咪唑；烯丙基氯；乙醚；偶氮二异丁腈（AIBN）；二甲基亚砜（DMSO）；丙烯腈（AN）（精馏收集76-77℃馏分）；甲醇；四氟硼酸；纯净的氮气；乙腈；N,N-二甲基甲酰胺（DMF）；苄乙基三甲基氯化铵；四氟硼酸钠；正庚烷；十二烷基硫酸钠；邻苯二甲酸二丁酯；过氧化苯甲酰；聚乙烯醇。采用Th

5、ermoScientificNicolet380型FTIR红外光谱仪进行红外光谱分析，KBr压片。采用日本Hitachi公司S-3000N型扫描电子显微镜表征聚合物的表面形态；2.21-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与丙烯腈共聚物（[amim]BF4/AN）的合成（1）1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐的合成反应方程式如下：N2保护，将1-甲基咪唑（24g,0.3mol）和烯丙基氯(28g，0.366mol)加入到250ml的三口烧瓶中，60℃的水浴中加热回流，同时电磁搅拌。7h后回流，冷却后，乙醚萃取（30ml×3），去除剩余的1-甲基咪唑，30℃

6、真空旋转蒸发1h，除去过量的烯丙基氯，得到深黄色粘性液体氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（37.82g，0.237mol），产率为79.0%。将40%的氟硼酸（5.0g，0.023mol）缓慢加入氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑离子液体（37.82g，0.237mol）中，室温搅拌2h，得到亮黄色澄清液，产率为88.36%。红外表征：2850（脂肪族C-H伸缩-振动），3160，3100（咪唑环C-H伸缩振动），1650（咪唑环外C=C伸缩），1570,1430（咪唑环骨架振动），1170（咪唑环C-H面内变形振动），1060（B-F伸缩振动），949（C=

7、C-H面外弯曲振动）。在1060cm-1出现B-F的伸缩振动峰，说明合成的物质是[amim]BF4。（2）1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐与丙烯腈共聚物（[amim]BF4/AN）的合成反应方程式如下：均聚物两种单体丙烯腈（AN）和1-烯丙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[amim]BF4）的配比为70：30。将无水二甲基亚砜（5ml），丙烯腈(1.5g，0.028mol)，[amim]BF4(3.5g，0.015mol)及自由基引发剂偶氮二异丁腈（0.123g，0.00075mol），混合放入封管中。抽真空，充氮气，重复3次后，密封反应管，封管置于6

8、0℃水浴中反应12h，合成的溶液冷却至室温。倒入甲醇中，过滤，洗涤，抽提，50℃真空干燥4h，得黄色固体0.