摘 要

多孔聚合材料具有规整分布、大小可控的孔结构以及高比表面积和高吸附容量等特点，使其在许多领域具有广阔的应用前景，因此受到广泛关注。但是关于有机多孔聚合材料合成的研究仍较为空缺。当前有机多孔聚合材料的合成面临着成本高，合成技术复杂以及性能单一等缺点。

本文利用聚苯乙烯、聚苯乙烯微球、聚氧化乙烯（PEO）与二氯甲烷在常温条件下直接反应，然后引入不同的金属离子源，最后在不同条件下铺膜，得到有机多孔聚合材料。

主要研究了各个因素对有机多孔聚合材料合成的影响，以及通过各种表征来确定合成样品的最优方案。研究结果表明:本实验合成样品对温度敏感，存在孔道结构。本文特色在于利用廉价的聚苯乙烯与二氯甲烷作用，然后加入不同的金属离子合成有机多孔聚合材料。

关键词：聚苯乙烯；金属离子源；多孔有机骨架结构；常规溶液法

Abstract

Organic porous polymeric materials have attracted much attention due to their great potentials for a variety of applications, such as bioreactors, catalysts and adsorption and separation. There have been a lot of examples with controlled pore dimension, high surface area, and ordered porous polymers with interpenetrating networks. However, controlled dimensional porous polymers are still not easy, although many synthetic routes to the porous polymers have been developed.

In this paper, polystyrene polystyrene microspheres and polyethylene oxide (PEO) and different metal ion sources respectively have a direct reaction with dichloromethane under room temperature conditions. Then, the porous polymer membranes were obtained under different conditions.

During the research, we focus on the factors that affect the synthesis of organic porous polymeric materials. The results shows that: the samples is sensitive to temperature. Cheap and accessible polystyrene as well as dichloromethane in synthesis can be regarded as the features of this article.

Key Words: polystyrene；metal ion source；porous organic framework；conventional solution method

目 录

第1章 绪论 1

1.1 多孔材料发展背景 1

1.2 多孔材料的研究现状 2

1.2.1 多孔材料当前现状及面临的一些问题 2

1.2.1.1 当前多孔材料种类及现状 2

1.2.1.2 多孔材料研究面临的一些问题 3

1.2.2合成的影响因素 3

1.2.2.1反应温度的影响 3

1.2.2.2溶剂极性的影响 3

1.2.2.3 pH值的影响 3

1.2.2.4模板剂的影响 3

1.2.3多孔材料的应用 3

1.2.3.1 CO₂，CH₄，H₂等气体的吸附存储 3

1.2.3.2类分子筛材料及用于气体分离 4

1.2.3.3生物催化 4

1.2.3.4 机械材料 4

1.3 有机多孔聚合材料 4

1.3.1有机多孔聚合材料的背景 4

1.3.2有机多孔聚合材料的合成 4

1.3.2.1 直接合成法 5

1.3.2.2 扩散法 5

1.3.2.3 水热合成法 5

1.3.2.4 微波合成法 5

1.3.2.5 冷冻干燥法 5

1.3.3有机多孔聚合材料材料的应用 6

1.4 实验设计意义及目的 6

第2章 原材料和试验方法 7

2.1 实验原料及设备 7

2.2 实验操作与步骤 8

2.2.1 探索多孔聚合材料合成的最优方案 8

2.2.1.1 实验思路 8

2.2.1.2 实验方案 9

2.2.1.2.1 合成第一组（A系列样品） 9

2.2.1.2.2 合成第二组（B系列样品） 10

2.2.1.2.3 合成第三组（C系列样品） 11

2.2.2 实验过程总结 12

第3章 实验分析和实验结果 13

3.1多孔聚合材料的表征 13

3.1.1扫描电镜分析 13

3.2.2 X射线衍射分析 17

3.2.3差热热重分析 18

3.2.4红外光谱分析 21

3.2.5压汞仪分析 23

第4章 结论与展望 25

参考文献 26

第1章 绪论

1.1 多孔材料发展背景

材料是自然界与人类存在的基础，任何物质都是由材料构成。材料运用在生活中的方方面面，每种材料都有其独特的结构和用途。近年来因为多孔材料在高比表面积、高孔隙率、良好的热稳定性和化学稳定性、易功能化等方面有许多优势，同时在生物相容性等领域也有广泛用途^[[1]]，因此引起科学家们对多孔材料的研究已经全方位地展开。进入21世纪以来，在高科技产业需求的推动下，多孔材料(Porous Polymeric Materials)的研究和应用在不断发展。

多孔材料如今已是一类优秀的工程材料，既可作为结构材料用于航空航天、机械制造、工程建筑、人造骨骼等领域；又可作为功能材料除用于医学、环境保护等领域^[[2]]，还可以用于隔热^[[3]]、消音减噪^[[4]]、物质的分离和过滤^[[5]]、生物移植^[[6]]等诸多场合；多孔材料的研究和应用在国防建设与国民生产中的作用日益显著^[[7]]。

从古至今，人们一直与多孔材料有着或多或少的接触，自然界中存在如木材、软木、海绵和珊瑚等十分普遍的多孔材料。在1994年召开的MRS会议上，许多企业展示了他们在多孔材料应用方面的新型成果^[[8]]。这为美国后来在多孔材料领域的研究奠定了基础^[[9]]。在他们的论文中，他们已经预想到了在不远的将来，多孔材料领域将会取得重大实质性研究成果：气体储存^[[10]]，气体分离^[[11]]，催化性^[[12]]，以及通过引入官能团从而改变结构的连接形式等^[[13]]。国际纯化学及应用化学组织，按照孔径大小将多孔材料分为微孔（孔径小于2nm）材料、介孔（孔径 2-50 nm ）材料和大孔（孔径大于50 nm ）材料^[[14]]。