一种阴离子型共价有机骨架材料LNUs在吸附罗丹明B中的应用

    技术2025-02-26  40


    本发明属于化学及新材料,具体涉及一种阴离子型共价有机骨架材料lnus在吸附罗丹明b中的应用。


    背景技术:

    1、目前,中国已成为最大的纺织品生产国,消耗了世界上50%的合成染料。染料工业的发展有利于经济的增长,但染料废水的排放对水生环境和人体健康造成了极大威胁。水中存在有色染料,可以抑制阳光的穿透,阻碍水生植物的光合作用过程。溶解氧值的下降同时也抑制了其它水生物种的生长。此外,染料还会引发严重的人体功能障碍和疾病,轻则过敏,重则引起呼吸系统损伤甚至癌症。考虑到这些不利影响,各种染料处理方法被开发出来,包括化学氧化、高级氧化、混凝/絮凝、膜分离和吸附等。其中,吸附法由于操作简单,可以避免额外的化学试剂和副产物而被认为是一种很有前途的方法,但是传统的吸附剂如活性炭、沸石等,因吸附能力低、选择性差因此在实际应用中具有一定局限性。新型的吸附剂材料例如金属-有机骨架材料(mofs)具有较高的比表面积和丰富的官能团,有利于增强其对染料分子的亲和力,但是其弱的氢键和π-π相互作用使得大多数mofs在酸、碱或高温等苛刻条件下稳定较差,甚至可能会造成二次污染。

    2、共价有机骨架材料(cofs)是通过稳定的共价键相互连接,具有优异的物理化学稳定性以及骨架易功能化等优势,更适合作为理想固体吸附剂用于从废水中去除有机染料。由于合成染料多以离子形式存在,因此,离子型cofs在去除有机染料方面具有更大的应用潜力。此外,在共价有机骨架材料中引入如氮原子可以通过多重氢键作用显著提高对染料的吸附能力。因此,本发明选用自身呈负电性的四苯硼钠作为构筑单元,通过傅克反应自聚或者和富氮三聚氯氰共聚制备一种阴离子型共价有机骨架材料(lnu-62和lnu-64)。由于聚合物自身具有独特的阴离子骨架结构,在静电相互作用、氢键和π-π相互作用下,聚合物对阳离子染料罗丹明b表现出优异的吸附性能和较好的吸附选择性,这使得离子型共价有机骨架材料有望成为一种理想的固体吸附剂用于去除环境废水中的有机染料。


    技术实现思路

    1、为克服现有技术的不足,本发明选用自身呈负电性的四苯硼钠作为构筑单元,通过简单的傅克自聚或者和富氮三聚氯氰共聚,制备一种阴离子型共价有机骨架材料并研究其在废水中对阳离子染料罗丹明b的吸附应用。该聚合物具有阴离子型骨架以及热化学稳定性好等优势因此对罗丹明b染料具有较好的吸附选择性。

    2、一种阴离子型共价有机骨架材料lnus在吸附罗丹明b中的应用,方法如下:在含有罗丹明b的溶液中,加入阴离子型共价有机骨架材料lnus进行吸附。

    3、上述的应用,所述的阴离子型共价有机骨架材料lnus是以带负电荷的四苯硼钠单体自聚或者和富氮三聚氯氰单体作为构筑单元,通过傅克反应一锅法合成阴离子型共价有机骨架材料。

    4、上述的应用,所述的阴离子型共价有机骨架材料lnus的结构式如式(ⅰ)或(ⅱ)所示:

    5、

    6、上述的阴离子型共价有机骨架材料lnus的制备方法,包括如下步骤:

    7、1)催化剂的活化:在氮气氛围下,将无水三氯化铝抽真空三次后,注入无水无氧二氯甲烷进行活化;

    8、2)在氮气氛围下,将反应单体四苯硼钠加入圆底烧瓶中抽真空三次后,加入无水无氧二氯甲烷,室温搅拌溶解;

    9、3)将溶解好的反应单体加入到已活化的催化剂体系中,进行反应;

    10、4)待反应结束后,将反应体系冷却至室温,粗产物进行抽滤,用有机溶剂进行多次洗涤,除去其余杂质,然后分别用四氢呋喃和甲醇进行索氏提取,最后真空干燥得到阴离子型共价有机骨架材料lnus。

    11、上述的制备方法,步骤1)中,所述的活化是在70℃活化3h。

    12、上述的制备方法,步骤2)的另一种技术方案为:将四苯硼钠与三聚氯氰混合物分别加入圆底烧瓶中抽真空三次后,加入无水无氧二氯甲烷,室温搅拌溶解;

    13、上述的制备方法,四苯硼钠与催化剂无水三氯化铝的摩尔比为1:13。

    14、上述的制备方法,四苯硼钠与三聚氯氰摩尔比为3:4。

    15、上述的制备方法,步骤3)中,所述的反应是在70℃下反应24h。

    16、上述的制备方法,步骤4)中,所述的有机溶剂分别是丙酮、甲醇和四氢呋喃,索氏提取时间不少于36h,最后在90℃真空下干燥12h得到阴离子型共价有机骨架材料lnus。本发明的有益效果:

    17、1)一种阴离子型共价有机骨架材料具有较高的热稳定性和化学稳定性,使得该吸附剂即使在苛刻环境下对罗丹明b具有优异的吸附性能;

    18、2)一种阴离子型共价有机骨架材料具有大的芳香共轭体系以及带负电骨架等特性,使得该吸附剂对阳离子染料罗丹明b表现出极高的吸附选择性;

    19、3)原料廉价易得,工艺简单,适合大规模工业化生产。



    技术特征:

    1.一种阴离子型共价有机骨架材料lnus在吸附罗丹明b中的应用,其特征在于,方法如下:在含有罗丹明b的溶液中,加入阴离子型共价有机骨架材料lnus进行吸附。

    2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的阴离子型共价有机骨架材料lnus是以带负电荷的四苯硼钠单体自聚或者和富氮三聚氯氰单体作为构筑单元,通过傅克反应一锅法合成阴离子型共价有机骨架材料。

    3.根据权利要求1所述的应用,其特征在于,所述的阴离子型共价有机骨架材料lnus的结构式如式(ⅰ)或(ⅱ)所示:

    4.权利要求1所述的阴离子型共价有机骨架材料lnus的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

    5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述的活化是在70℃活化3h。

    6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,步骤2)的另一种技术方案为:将四苯硼钠与三聚氯氰混合物分别加入圆底烧瓶中抽真空三次后,加入无水无氧二氯甲烷,室温搅拌溶解。

    7.根据权利要求4或6所述的制备方法,其特征在于,四苯硼钠与催化剂无水三氯化铝的摩尔比为1:13。

    8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,四苯硼钠与三聚氯氰摩尔比为3:4。

    9.根据权利要求4或6所述的制备方法,其特征在于,步骤3)中,所述的反应是在70℃下反应24h。

    10.根据权利要求4或6所述的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述的有机溶剂分别是丙酮、甲醇和四氢呋喃,索氏提取时间不少于36h,最后在90℃真空下干燥12h得到阴离子型共价有机骨架材料lnus。


    技术总结
    本发明属于化学及新材料技术领域,具体涉及一种阴离子型共价有机骨架材料LNUs在吸附罗丹明B中的应用。方法如下:在含有罗丹明B的溶液中,加入阴离子型共价有机骨架材料LNUs进行吸附。LNUs显示出较高的热稳定性和化学稳定性,可作为新型高效固体吸附剂在苛刻环境下吸附废水中的有机染料罗丹明B。利用聚合物骨架具有芳香共轭体系以及带负电骨架结构等特性,使得LNU‑64对阳离子染料罗丹明B表现出卓越的吸附能力,其最高吸附容量可达473.2mg·g<supgt;‑1</supgt;。即使是在不同电荷染料混合条件下测试,聚合物仍能够实现对罗丹明B的选择性吸附。本发明为定向设计制备具有原位电场纳米通道的吸附剂材料提供新的合成策略。

    技术研发人员:姚颖,闫卓君,夏立新,布乃顺,崔博,梁丽娟,姚婉婷,王酥日
    受保护的技术使用者:辽宁大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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