疏水性多孔有机骨架材料制备及其吸附净化化学毒剂模拟剂研究

The chemical toxic agent is highly toxic and quick auction. Large-scale human and livestock could be poisoned when the chemical toxic agent is released to the air. The activated carbon, zeolite and metal organic frameworks used for adsorption chemical toxic agent have poor adaptation to the atmosphere, limited adsorption capacity and low stability and so on. Therefore, there is an urgent need to synthesis high performance and stability adsorption materials. In this project, porous organic frameworks adsorbent will be prepared by direct design (2,4-Dibromo-1-fluorobenzene，3,5-Dibromotoluene etc. with hydrophobic building blocks are chosen) and post-modification (hydrophobic groups -CF3，-CH3 etc. are modified in the channel of porous organic frameworks PAF-1, PAF-11 and so on) methods. The adsorption targets are the representative sarin simulant dimethyl methylphosphonate and mustard gas simulant diethyl sulfide. In practical application, the adsorption efficiency is decreased by the competitive adsorption between H2O and chemical toxic agent. In this project, the hydrophobic groups in the porous organic frameworks will be used to increase the hydrophobicity of the adsorbent, which will further enhance the adsorption capacity towards chemical toxic agent simulant. This research with great theoretical significance and potential application value will enrich the application area of porous organic frameworks and promote the development of military chemical technology.

化学毒剂毒性强、作用快，施放后易造成大规模人畜和植物的毒害。用于吸附净化化学毒剂的活性炭、分子筛和金属有机骨架材料存在环境适应性差、吸附容量受限、稳定性低等问题。因此，亟需制备高效、稳定的化学毒剂吸附净化材料。本项目拟采用直接设计制备（选择2，4-二溴-1-氟苯、3，5-二溴甲苯等带有疏水性基团的建筑基块）和后修饰制备（在多孔有机骨架材料PAF-1，PAF-11等孔道中修饰-CF3、-CH3等疏水性基团）的多孔有机骨架材料为吸附剂，具有代表性的沙林毒剂模拟剂甲基磷酸二甲酯和芥子气毒剂模拟剂乙硫醚为吸附净化对象。在实际应用中，水蒸气与化学毒剂发生竞争吸附降低吸附效率，拟利用多孔有机骨架材料孔道中的疏水基团提高材料的疏水性，进一步提高其对化学毒剂模拟剂的吸附容量。本项目的研究将丰富多孔有机骨架材料的应用领域，推动我国军事化学技术的发展，具有重要的理论意义和潜在的实用价值。

化学毒剂毒性强、作用快，施放后易造成大规模人畜和植物的毒害。近年来，仍然有恐怖分子使用化学毒剂的报道。用于吸附净化化学毒剂的活性炭、分子筛和金属有机骨架材料存在环境适应性差、吸附容量受限、稳定性低等问题。因此，亟需制备高效、稳定的化学毒剂吸附净化材料。.本项目采用席夫碱反应直接设计制备了C-Xs和其相应的含疏水性基团的C-Xs-F系列4种多孔有机骨架材料，采用后修饰制备的方法对PAF-11和SNW材料进行疏水性官能团修饰，制备了系列具有疏水性官能团的PAF-11-3F-Xs、PAF-11-6F-Xs和SNW-Xs共11种多孔有机骨架材料。选择具有代表性的沙林毒剂模拟剂甲基磷酸二甲酯和芥子气毒剂模拟剂氯乙基乙基硫醚为吸附净化对象。在不同相对湿度下，研究了多孔有机骨架材料对毒剂模拟剂的动态吸附性能。结合材料比表面积和孔结构探讨了多孔有机骨架材料对毒剂模拟剂吸附量及吸附行为的影响；结合材料表面及孔道疏水性等因素，探讨了不同相对湿度下多孔有机骨架材料对毒剂模拟剂吸附量的影响。该项目制备的以上材料对沙林毒剂模拟剂和芥子气毒剂模拟剂，都具有一定的吸附能力。其中12种材料对沙林毒剂模拟剂的吸附量以及2种材料对芥子气毒剂模拟剂的吸附量类似或高于现用于应用的浸渍活性炭吸附量。其中，PAF-11对两种毒剂模拟剂的吸附量最高，是浸渍活性炭吸附量的2倍。.多孔有机骨架材料（如多孔芳香骨架、共价有机骨架、共轭微孔聚合物等）用于毒剂防护方面的研究在国内外尚未检索到相关研究报道，通过该项目的初步研究，多孔有机骨架材料在毒剂净化领域表现了良好的研究价值和应用前景，开辟了多孔有机骨架材料在我国军事化学技术领域研究的新方向，有效推动了我国军事化学技术的发展，具有重要的理论意义和潜在的实用价值。