【技术实现步骤摘要】
本申请涉及固体酸，尤其涉及一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物及其制备方法与应用。
技术介绍
1、在氨氢燃料电池中，氨气(nh3)的微量残留问题尤为关键。nh3分解产生的氢气为质子交换膜燃料的主要反应物，但残留的低浓度nh3会导致电池中毒失活，从而大幅降低电池的性能。这种中毒现象主要由残留nh3与质子结合，阻碍质子正常流通造成，影响了氨氢燃料电池的正常运行。此外，nh3还是工业和农业中广泛使用的重要化学品，但其在大气中的释放可能造成严重的环境问题，如酸雨和大气污染。nh3可以通过大气传输变成细颗粒物，进入呼吸系统，增加呼吸疾病的风险，尤其是对患有哮喘的人来说更是如此。nh3在环境中的积累还会导致水体富营养化，引发藻类繁殖，严重时会造成水体缺氧，影响水生生物的生存，破坏生态平衡。因此，开发有效的氨气去除技术，不仅对于保障氨氢燃料电池的稳定性和延长其使用寿命至关重要，还有助于环境保护、改善空气质量、保障公共健康并且回收nh3。
2、nh3的有效吸附技术在低浓度nh3去除方面展示出了其重要性。利用多孔材料的高表面积和多孔性，能有效吸附nh3。近些年来，各种多孔固体材料如分子筛、金属有机骨架(mofs)、多孔有机聚合物(pops)等被发现具有选择性吸附和分离nh3的应用前景。与其他的材料相比，pops具有合成方法简单经济，材料骨架稳定等优点。采用氯磺酸磺化直接对不同结构的多孔有机聚合物进行磺化，不仅能得到超强酸性的固体酸吸附剂，而且能对其骨架进行改性，从而得到具有超疏水稳定框架。在结构上，磺化基团改性的多孔聚合物不易水解，结构
3、因此开发一种高效吸附nh3的多孔有机聚合物具有很好的市场前景。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本申请提供了一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物及其制备方法和应用，本申请的制备方法简单，反应条件温和，成本低，适合大规模生产。本申请制备的高含量磺酸基团的多孔有机聚合物在吸附和分离氨气的测试表现出良好的性能和稳定的循环能力，具有优异的nh3吸附性能、选择性和穿透能力。本申请以引发剂，交联剂单体经自聚合形成微介孔有机聚合物后直接进行磺化得到磺酸基团改性的多孔有机聚合物(pdvb-so3h-x)。在制备过程中，二乙烯基苯、苯乙烯磺酸钠为单体，四氢呋喃、乙酸乙酯等为第一溶剂，氯磺酸作为磺化剂。此外，不同的溶剂和引发剂形成不同的纳米孔与pdvb骨架，并且在二氯乙烷为溶剂下进行磺化，获得吸附性能优异的高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。
2、第一方面，本申请提供一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，采用如下技术方案：
3、一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、将交联剂单体与引发剂及第一溶剂混合搅拌，得到第一混合溶液；
5、s2、将第一混合溶液转移到含有聚四氟乙烯的内衬反应釜中进行聚合反应，得到聚合反应产物；
6、s3、将聚合反应产物在第一温度下干燥，得到固体产物；
7、s4、将固体产物分散至二氯乙烷溶液中，得到第二混合溶液，在冰浴条件下向第二混合溶液中加入氯磺酸并搅拌，得到混合物a；
8、s5、将混合物a用去离子水洗涤、抽滤，直到混合物a的ph值为5-6；当混合物a的ph值达到5-6时，采用二氯乙烷冲洗混合物a；
9、s6、将冲洗后的混合物a在真空环境下干燥，得到高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。
10、通过采用上述技术方案，以引发剂，交联剂单体经自聚合形成微介孔有机聚合物后直接进行磺化得到磺酸基团改性的多孔有机聚合物(pdvb-so3h-x)。在制备过程中，可以二乙烯基苯、苯乙烯磺酸钠为单体，四氢呋喃、乙酸乙酯等为溶剂，氯磺酸作为磺化剂。此外，不同的溶剂和引发剂形成不同的纳米孔与pdvb骨架，并且在二氯乙烷为溶剂下进行磺化，获得吸附性能优异的高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。s1步骤是将交联剂单体与引发剂及第一溶剂混合搅拌，得到第一混合溶液。这一步是为了让交联剂单体、引发剂和第一溶剂充分混合，为后续的聚合反应做好准备。s2步骤是将第一混合溶液转移到含有聚四氟乙烯的内衬反应釜中进行聚合反应，得到聚合反应产物。这一步是将第一混合溶液中的交联剂单体进行聚合反应，形成微介孔有机聚合物。s3步骤是将聚合反应产物在第一温度下干燥，得到固体产物。这一步是为了去除聚合反应产物中的溶剂，得到固体产物。s4步骤是将固体产物分散至二氯乙烷溶液中，得到第二混合溶液，在冰浴条件下向第二混合溶液中加入氯磺酸并搅拌，得到混合物a。这一步是将固体产物分散至二氯乙烷溶液中，然后加入氯磺酸进行磺化反应，得到混合物a。s5步骤是将混合物a用去离子水洗涤、抽滤，直到混合物a的ph值为5-6；当混合物a的ph值达到5-6时，采用二氯乙烷冲洗混合物a。这一步是为了去除混合物a中的杂质，得到高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。s6步骤是将冲洗后的混合物a在真空环境下干燥，得到高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。这一步是为了去除混合物a中的溶剂，得到高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。通过以上六个步骤的协同作用，本申请成功制备了高含量磺酸基团的多孔有机聚合物。这种聚合物在吸附和分离氨气的测试中表现出良好的性能和稳定的循环能力，具有优异的nh3吸附性能、选择性和穿透能力。本申请的制备方法简单，反应条件温和，成本低，适合大规模生产。
11、优选的，步骤s1中，所述交联剂单体为二乙烯基苯、苯乙烯磺酸钠中的至少一种；所述引发剂为氯化铁、偶氮二异丁腈中的至少一种，所述第一溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃中的至少一种。
12、优选的，步骤s1中，所述混合搅拌的搅拌时间为30-100分钟。
13、优选的，步骤s2中，所述聚合反应的反应温度为100-220℃，聚合反应的反应时间为8-30小时。
14、优选的，步骤s3中，所述第一温度为20-25℃，干燥时间为48-52小时。
15、优选的，步骤s4中，所述搅拌的时间为12-15小时。
16、优选的，步骤s4中，所述干燥的温度为50-80℃。
17、第二方面，本申请提供一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物，采用如下的技术方案：
18、作为一个总的技术构思，本申请还提供上述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法制备得到的高含量磺酸基团的多孔有机聚合物，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物中的磺酸基团含量为4.8-7.9mmol/g，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的比表面积为54.3-160m2/g。
19、优选的，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物上的孔容为0.11-0.16cm3/g，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的孔径为4.8-7.9nm。
20、第三方面，本申请提供一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的应用，采用如下的技术方案：
21、作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述交联剂单体为二乙烯基苯、苯乙烯磺酸钠中的至少一种；所述引发剂为氯化铁、偶氮二异丁腈中的至少一种，所述第一溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合搅拌的搅拌时间为30-100分钟。
4.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚合反应的反应温度为100-220℃，聚合反应的反应时间为8-30小时。
5.根据权利要求3所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述第一温度为20-25℃，所述干燥的时间为48-52小时。
6.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述搅拌的时间为12-15小时。
7.根据权利要求1
8.一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物，其特征在于，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物采用权利要求1-7任一所述的高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法制得，其特征在于，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物中的磺酸基团含量为4.8-7.9mmol/g，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的比表面积为54.3-160 m2/g。
9.根据权利要求8所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物，其特征在于，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物上的孔容为0.11-0.16 cm3/g，所述高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的孔径为4.8-7.9 nm。
10.一种如权利要求8-9任一项所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物在氨气的静态吸附和动态吸附中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述交联剂单体为二乙烯基苯、苯乙烯磺酸钠中的至少一种；所述引发剂为氯化铁、偶氮二异丁腈中的至少一种，所述第一溶剂为乙酸乙酯、四氢呋喃中的至少一种。
3.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述混合搅拌的搅拌时间为30-100分钟。
4.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述聚合反应的反应温度为100-220℃，聚合反应的反应时间为8-30小时。
5.根据权利要求3所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合物的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述第一温度为20-25℃，所述干燥的时间为48-52小时。
6.根据权利要求1所述一种高含量磺酸基团的多孔有机聚合...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷玲，高梦涵，张举斌，熊志海，
申请(专利权)人：福建久策气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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