本發(fā)明涉及有機(jī)功能材料及重金屬吸附，特別是涉及一種富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料的制備方法，及其對水溶液中重金屬汞離子的吸附中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、汞是最常見、最危險(xiǎn)的重金屬元素之一，因其高毒性、蓄積性以及持久性，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)造成重大的傷害。汞在化學(xué)、醫(yī)藥、交通和冶金等領(lǐng)域均具有廣泛應(yīng)用，特別是電鍍、電池等行業(yè)排放的廢水中不可避免含有大量二價(jià)汞離子。汞以多種形態(tài)存在，通過氧化還原、甲基化等多種作用進(jìn)行形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化。汞離子作為水性介質(zhì)中最常見的形態(tài)，能在復(fù)雜水性環(huán)境中轉(zhuǎn)化為劇毒性甲基汞，會(huì)對人體造成不可逆的損傷，導(dǎo)致遺患終身、甚至威脅生命。因此去除環(huán)境中的汞具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，而我們也迫切需要找到具有快速動(dòng)力學(xué)和高吸附能力的優(yōu)異材料，用于有效從廢水中修復(fù)和捕獲汞離子。

2、現(xiàn)如今，已有相當(dāng)多的方法用于廢水中汞的治理，包括吸附法、溶液萃取法、離子交換法、化學(xué)沉淀法、微生物處理法、膜分離法等等。在眾多去除汞的方法當(dāng)中，吸附法因?yàn)椴僮骱唵?、成本低、易于再生等?yōu)勢受到廣泛關(guān)注，長期以來一直被認(rèn)為是去除重金屬的最有效方法之一。目前為止，已有多種吸附劑被制備出來用于汞的去除，包括多孔活性炭、沸石、粘土、納米復(fù)合材料、金屬有機(jī)框架、共價(jià)有機(jī)聚合物等等。傳統(tǒng)吸附劑在汞離子識別和結(jié)合的活性官能團(tuán)方面受到限制，導(dǎo)致吸附能力低和吸附動(dòng)力學(xué)慢。例如沸石和多孔活性炭，兩者都是最常用的汞吸附劑。然而這種傳統(tǒng)的吸附劑的吸附效果仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不理想，尤其是它們在水溶液中的汞捕獲性能。

3、相比來說，由c、h、o、n等輕質(zhì)元素通過強(qiáng)共價(jià)鍵連接形成的共價(jià)有機(jī)聚合物(cops)有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，材料合成的重復(fù)性高、結(jié)構(gòu)的可調(diào)、易于功能化使其成為去除廢水中汞的理想材料。但是目前的cops材料對于水溶液中汞離子的吸附容量均較小。而且大部分材料的制備過程條件苛刻，重復(fù)性低，不易合成。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料的制備方法及應(yīng)用，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明通過簡單的溶劑熱法，利用胺醛縮合反應(yīng)合成了一種由亞胺鍵連接的新型富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料，能夠有效用于水溶液中重金屬汞離子的吸附與去除。本發(fā)明的富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料可在ph為3-7的范圍內(nèi)去除汞離子，最大吸附容量達(dá)170.6mg·g-1。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明的技術(shù)方案之一：一種富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料，結(jié)構(gòu)式如下：

4、

5、本發(fā)明的技術(shù)方案之二：上述富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料的制備方法，包括以下步驟：將苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b"]三噻吩-2,5,8-三甲醛(簡稱為btt)和吡嗪-2,5-二酰肼(簡稱為pqh)與溶劑混合，然后加入乙酸，得到混合溶液；對所述混合溶液進(jìn)行凍融循環(huán)脫氧處理，然后密封，加熱反應(yīng)，得到所述富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料(簡稱為btt-pqh)。

6、進(jìn)一步地，所述溶劑為1,3,5-三甲苯(mesitylene)和1,4-二氧六環(huán)(1,4-dioxane)。

7、進(jìn)一步地，所述乙酸(hac)的濃度為6m。

8、進(jìn)一步地，所述苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b"]三噻吩-2,5,8-三甲醛、吡嗪-2,5-二酰肼、1,3,5-三甲苯、1,4-二氧六環(huán)和乙酸的用量比為0.2mmol:0.3mmol:4ml:4ml:0.8ml。

9、進(jìn)一步地，所述加熱反應(yīng)的溫度為120℃，時(shí)間為3天(72h)。

10、進(jìn)一步地，所述將苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b"]三噻吩-2,5,8-三甲醛和吡嗪-2,5-二酰肼與溶劑混合后，還包括超聲處理20min的操作，超聲處理20min后再加入乙酸；所述加入乙酸后繼續(xù)超聲處理10min。

11、進(jìn)一步地，所述對混合溶液進(jìn)行凍融循環(huán)脫氧處理具體為：在液氮中快速冷凍，進(jìn)行三個(gè)凍融循環(huán)。

12、上述富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料的合成路線如下：

13、

14、本發(fā)明的技術(shù)方案之三：上述富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料在對水溶液中重金屬汞離子的吸附中的應(yīng)用。

15、進(jìn)一步地，所述吸附的條件包括：水溶液的ph值為3-7。

16、進(jìn)一步地，所述吸附的條件還包括：溫度為常溫；水溶液中汞離子濃度為50mg·l-1；所述富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料在所述水溶液中的添加濃度為0.2mg·l-1。

17、本發(fā)明通過簡單的溶劑熱法，利用單體苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b"]三噻吩-2,5,8-三甲醛和單體吡嗪-2,5-二酰肼胺醛縮合成功制備出一種富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物，能夠作為汞離子的有效吸附劑。該富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物中豐富的s/n含量能夠確保對汞有足夠的親和力，從而實(shí)現(xiàn)對汞的高效吸附，本發(fā)明為汞吸附劑的設(shè)計(jì)與制備提供了一種可行的方法。

18、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

19、(1)本發(fā)明合成的富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料btt-pqh對于水溶液中汞離子的吸附去除具有良好的效果，能在ph為3-7的廣泛范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對汞的有效去除，最大吸附容量達(dá)170.6mg·g-1。

20、(2)本發(fā)明的合成方法所需要的設(shè)備簡單，所用化學(xué)試劑易獲取，合成條件溫和，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易水解(btt-pqh于水溶液中浸泡48h后的紅外圖譜基本無變化)，工業(yè)應(yīng)用價(jià)值高，實(shí)際應(yīng)用有效，易于推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料，其特征在于，結(jié)構(gòu)式如下：

2.如權(quán)利要求1所述的富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b"]三噻吩-2,5,8-三甲醛和吡嗪-2,5-二酰肼與溶劑混合，然后加入乙酸，得到混合溶液；對所述混合溶液進(jìn)行凍融循環(huán)脫氧處理，然后密封，加熱反應(yīng)，得到所述富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料。

3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述溶劑為1,3,5-三甲苯和1,4-二氧六環(huán)。

4.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述乙酸的濃度為6m。

5.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述苯并[1,2-b:3,4-b':5,6-b"]三噻吩-2,5,8-三甲醛、吡嗪-2,5-二酰肼、1,3,5-三甲苯、1,4-二氧六環(huán)和乙酸的用量比為0.2mmol:0.3mmol:4ml:4ml:0.8ml。

6.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述加熱反應(yīng)的溫度為120℃，時(shí)間為3天。

7.如權(quán)利要求1所述的富s的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料在對水溶液中重金屬汞離子的吸附中的應(yīng)用。

8.如權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述吸附的條件包括：水溶液的ph值為3-7。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種富S的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料的制備方法及應(yīng)用，屬于有機(jī)功能材料及重金屬吸附技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過簡單的溶劑熱法，利用單體苯并[1,2?b:3,4?b':5,6?b"]三噻吩?2,5,8?三甲醛和單體吡嗪?2,5?二酰肼胺醛縮合成功制備出一種富S的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物，能夠作為汞離子的有效吸附劑。本發(fā)明的富S的噻吩基共價(jià)有機(jī)聚合物材料可在pH為3?7的范圍內(nèi)去除汞離子，最大吸附容量達(dá)170.6mg·g<supgt;?1</supgt;。本發(fā)明的合成方法所需要的設(shè)備簡單，所用化學(xué)試劑易獲取，合成條件溫和，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不易水解，工業(yè)應(yīng)用價(jià)值高，實(shí)際應(yīng)用有效，易于推廣應(yīng)用。

技術(shù)研發(fā)人員：陳嘉琪,朱志紅,秦元成,柳涵曉,廖舒婷,劉菲,宋仁杰,劉超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌航空大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2