一种芳酰胺分子笼材料及其制备方法与应用

本发明属于多孔有机功能材料，具体涉及一种芳酰胺分子笼材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、吸附剂是现代工业中不可缺少的产品，吸附技术已成为石油化工、生物化工和药物化工中一种关键的分离手段；吸附分离技术的研究与各产业相结合，与人类健康和环境质量的提高相结合，未来随着各产业规模不断壮大，吸附分离材料的市场需求也将随之增加，因此有必要进一步探索吸附材料的结构和性能。

2、多孔材料具有相对较大的比表面积、可定制化的孔结构、可修饰的孔环境等结构特点，在气体吸附方面具有巨大的潜力。目前代表性的多孔材料大致可分为三类：无机多孔材料，如多孔碳材料、分子筛材料；无机-有机杂化多孔材料，如金属有机框架材料(mofs)、金属-有机配位笼(mocs)；有机多孔材料，如多孔有机聚合物(pops)、共价有机框架材料(cofs)、多孔有机分子笼(pocs)等。多孔有机分子笼(pocs)类材料，其结构特点包括：不含金属，是结构明确的有机小分子，可模块化定制合成，具有固有三维空腔、易于溶解加工处理以及可精准功能化修饰，是创制高性能吸附分离材料的理想研究平台。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明公开了一种芳酰胺分子笼材料及其制备方法，可利用其孔结构将该材料应用于制备选择性气体吸附分离材料。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种芳酰胺分子笼材料及其制备方法，芳酰胺分子笼材料的结构式如下所示：

3、

4、其制备方法包括如下步骤：

5、s1：向反应容器中加入寡聚芳酰胺二胺单体1、四苯乙烯衍生物四醛单体2和溶剂，寡芳酰胺二胺单体1和四苯乙烯衍生物四醛单体2的结构如下所示：

6、

7、s2：在加热和搅拌的条件下，保温反应60～70h，得亚胺中间体，亚胺中间体结构如下所示：

8、

9、s3：向反应容器中加入还原剂溶液，保温反应40～50h，，即得芳酰胺分子笼材料。

10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：

11、进一步，步骤s1中寡聚芳酰胺二胺单体1、四苯乙烯衍生物四醛单体2和溶剂的用量比为：0.024～0.028mmol：0.011～0.015mmol：8～12ml。

12、进一步，溶剂为二氯甲烷。

13、进一步，步骤s2中加热温度为35～45℃。

14、进一步，还原剂溶液的溶质为氰基硼氢化钠；氰基硼氢化钠和寡聚芳酰胺二胺单体1的摩尔比为0.024～0.028：0.38～0.40。

15、进一步，还原剂溶液的溶剂为甲醇；还原剂溶液的浓度为0.19～0.2mol/l。

16、进一步，步骤s3中反应温度为18～22℃。

17、本发明公开了采用上述制备方法制备的芳酰胺分子笼材料。

18、本发明还公开了芳酰胺分子笼材料在制备二氧化碳选择性气体吸附分离材料或高效碳捕集与固定材料中的应用。

19、本发明的有益效果是：

20、1、本发明采用一锅法，制备方法简单，反应条件相对温和。

21、2、本发明中所制备的分子笼材料的三维空腔内部具有碱性的仲胺(-nh-)作用位点，通过化学吸附增加对co2的吸附性能；分子结构内的仲胺(-nh-)能与co2发生氢键作用，促进对co2的吸附作用；分子内氢键预组织的酰胺键(-conh-)会形成指向空腔内侧的羰基作用位点，羰基上氧原子上有孤电子对，其与co2可通过偶极-四极矩相互作用，形成协同的吸附位点，促进对co2的吸附作用；此分子笼材料具有苯环结构，苯环为富电子基团，能与co2发生偶极-π相互作用，增加对co2的吸附性能。

22、3、本发明中芳酰胺分子笼材料具有较高的比表面积。

23、4、本发明中芳酰胺分子笼材料在标准大气压下和298k条件下对co2的吸附容量可达56cm3/g；在298k条件下，对n2的吸附选择性为1972。

24、5、本发明中芳酰胺分子笼材料能应用制备co2选择性气体吸附分离材料或高效碳捕集与固定材料。

技术特征：

1.一种芳酰胺分子笼材料，其特征在于，所述芳酰胺分子笼材料的结构式如下所示：

2.权利要求1所述芳酰胺分子笼材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s1中所述寡聚芳酰胺二胺单体1、四苯乙烯衍生物四醛单体2和溶剂的用量比为：0.024～0.028mmol：0.011～0.015mmol：8～12ml。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为二氯甲烷。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s2中加热温度为35～45℃。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂溶液的溶质为氰基硼氢化钠；所述氰基硼氢化钠和寡聚芳酰胺二胺单体1的摩尔比为0.024～0.028：0.38～0.40。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂溶液的溶剂为甲醇；所述还原剂溶液的浓度为0.19～0.2mol/l。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤s3中反应温度为18～22℃。

9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备的芳酰胺分子笼材料。

10.权利要求9所述的芳酰胺分子笼材料在制备二氧化碳选择性气体吸附分离材料或高效碳捕集与固定材料中的应用。

技术总结本发明公开了一种芳酰胺分子笼材料及其制备方法与应用，属于多孔有机功能材料技术领域。本发明以寡聚芳酰胺二胺单体和四苯乙烯衍生物四醛单体为原料，通过亚胺缩合反应合成中间体，再通过还原剂进行还原，最终制得具有较大比表面积的芳酰胺分子笼材料；该合成法采用一锅法，可以节省时间与资源并且提高收率，所制备的芳酰胺分子笼材料在标准大气压下，对二氧化碳展现出优异的吸附性能，可应用于二氧化碳选择性气体吸附分离或高效碳捕集与固定等领域。技术研发人员：李晓伟,王禧蕊,袁立华受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18