超疏水多孔有机聚合物的制备及油-水分离性能

doi:10.7503/cjcu20240061

高等学校化学学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 20240061.doi: 10.7503/cjcu20240061

超疏水多孔有机聚合物的制备及油-水分离性能

高昌源¹, 向婷婷¹, 陈士欣¹, 孙琪琪¹, 王佳乐¹, 郑桂月², 赵子谊¹, 刘子煜¹, 崔博², 闫卓君², 布乃顺¹(), 武悦³()

^1.辽宁大学环境学院,
^2.化学院, 沈阳 110036
^3.辽宁省地质勘探矿业集团有限责任公司, 沈阳 110032

收稿日期:2024-02-02 出版日期:2024-05-10 发布日期:2024-04-08
通讯作者: 布乃顺 E-mail:bunaishun@lnu.edu.cn;792153056@qq.com
作者简介:武悦, 男, 硕士, 高级工程师, 主要从事环境污染控制化学方面的研究. E-mail: 792153056@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(31972522);辽宁省自然科学基金(2021-MS-149);“兴辽英才计划”青年拔尖人才项目(XLYC2007032);辽宁润中供水有限责任公司课题、黑龙江省寒区湿地生态与环境研究重点实验室开放基金和辽宁大学大学生创新创业训练计划项目资助

Preparation and Oil-water Separation Performance of Superhydrophobic Porous Organic Polymers

GAO Changyuan¹, XIANG Tingting¹, CHEN Shixin¹, SUN Qiqi¹, WANG Jiale¹, ZHENG Guiyue², ZHAO Ziyi¹, LIU Ziyu¹, CUI Bo², YAN Zhuojun², BU Naishun¹(), WU Yue³()

^1.School of Environmental Science
^2.College of Chemistry，Liaoning University，Shenyang 110036，China
^3.Liaoning Geological Exploration and Mining Group，Shenyang 110032，China

Received:2024-02-02 Online:2024-05-10 Published:2024-04-08
Contact: BU Naishun E-mail:bunaishun@lnu.edu.cn;792153056@qq.com
Supported by:
the National Science Foundation of China(31972522);the Liaoning Provincial Natural Science Foundation, China(2021-MS-149);the Liaoning Revitalization Talents Program, China(XLYC2007032);the Project of Liaoning Runzhong Water Supply Co., Ltd., China, the Open Research Fund of Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment Research in Cold Regions of Heilongjiang Province, China and the College Students’ Innovative Entrepreneurial Training Plan Program of Liaoning University, China

摘要/Abstract

摘要：

以四(三苯基膦)钯为催化剂， N,N-二甲基甲酰胺为溶剂，通过三(4-硼酸频呢醇酯苯基)胺与3,6-二溴咔唑的Suzuki偶联反应合成了一种超疏水多孔有机聚合物LNU-40. 该聚合物的比表面积为32 m²/g, 具有良好的热稳定性且在常见有机溶剂中不溶解或分解. LNU-40具有较低的表面能和152.4°的水接触角, 表现出较好的酸碱环境抵御能力, 能够制备具有优异自清洁性能的超疏水表面. 使用LNU-40制成的超疏水柔性织物对有机溶剂的分离效率可达90%以上, 对油的吸附能力可达其自身质量的3~8倍, 吸附分离性能优越, 可用于石油化工、食品及制药等行业含油等有机溶剂废水的油-水分离处理.

关键词: 超疏水多孔有机聚合物, 共轭结构, 油-水分离性能

Abstract:

A superhydrophobic porous organic polymer denominated as LNU-40 was synthesized via a Suzuki coupling reaction of 4-（4，4，5，5-tetramethyl-1，3，2-dioxaborolan-2-yl）-N，N-bis［4-（4，4，5，5-tetramethyl-1，3，2- dioxaborolan-2-yl）phenyl］aniline， 3，6-dibromocarbazole， tetrakis（triphenylphosphine）-palladium， and N，N- dimethyl-2-（piperazin-1-yl）benzamide oxalate. LNU-40 possesses a specific surface area of 32 m²/g and manifests thermal stability. Dissolution or decomposition does not occur when it is dispersed in commonly encountered organic solvents. LNU-40 is characterized by a low surface energy and a water contact angle of 152.4°， demonstrating excellent resistance to acidic and alkaline environments. This property enables the fabrication of a superhydrophobic surface with outstanding self-cleaning capabilities. The superhydrophobic flexible fabric prepared with LNU-40 achieves a separation efficiency of over 90% for organic solvents and exhibits an oil adsorption capacity ranging from 3 to 8 times of its own mass. The superior adsorption and separation performance make it suitable for the treatment of oily wastewater containing organic solvents in industries such as petrochemicals， food， and pharmaceuticals.

Key words: Superhydrophobic porous organic polymer, Conjugated structure, Oil-water separation

中图分类号:

O631

TrendMD:

高昌源, 向婷婷, 陈士欣, 孙琪琪, 王佳乐, 郑桂月, 赵子谊, 刘子煜, 崔博, 闫卓君, 布乃顺, 武悦. 超疏水多孔有机聚合物的制备及油-水分离性能. 高等学校化学学报, 2024, 45(5): 20240061.

GAO Changyuan, XIANG Tingting, CHEN Shixin, SUN Qiqi, WANG Jiale, ZHENG Guiyue, ZHAO Ziyi, LIU Ziyu, CUI Bo, YAN Zhuojun, BU Naishun, WU Yue. Preparation and Oil-water Separation Performance of Superhydrophobic Porous Organic Polymers. Chem. J. Chinese Universities, 2024, 45(5): 20240061.

图/表 8

Fig.1 FTIR spectra of tris(4⁃boronic acid pinacol ester phenyl)amine(a), 3,6⁃dibromocarbazole(b) and LNU⁃40(c)(A), 13C CP/MAS NMR spectrum(B) and PXRD pattern(C) of LNU⁃40 and TGA curve of LNU⁃40 under ambient air atmosphere(D)

Fig.2 SEM image(A), TEM image(B), nitrogen adsorption⁃desorption isotherms(C) and pore size distribution(D) of LNU⁃40

Fig.3 Dispersion conditions in kerosene(oil), vacuum pump lubricating oil(heavy oil), and water(A) and SEM images of flexible fabrics before(B) and after(C) loading with LNU⁃40

Fig.4 Affinity effects of flexible fabrics with aqueous(up) and oil(down) phases before(A) and after(B) loading with LNU⁃40

Fig.5 Water contact angle of the LNU⁃40 coated fabric(A) and its adsorption capacity for different organic solvents(B)（B）a. Chloroform； b. dichloromethane； c. kerosene； d. benzene； e. bromobutane； f. 1，2-dichloroethane； g. phenixin； h. chlorobenzene； i. dimethicone.

Fig.6 Self⁃cleaning ability test of superhydrophobic surface

Fig.7 Oil⁃water separation performance(A) and separation efficiency for different organic solvents(B) of superhydrophobic fabric loaded with LNU⁃40（B） a. Dichloromethane； b. chloroform； c. 1，2-dichloroethane； d. bromobutane； e. chlorobenzene； f. phenixin.

Fig.8 Photograph of water⁃in⁃toluene emulsions before and after the separation by the superhydrophobic LNU⁃40 coated fabric(A), cycling performance for LNU⁃40 coated fabric(B) and photograph of water, NaCl, NaOH and HCl droplets on the LNU⁃40 coated fabric(C)

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Preparation and Oil-water Separation Performance of Superhydrophobic Porous Organic Polymers

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