Uso de polimerización en estado fundido para producir espumas sólidas de estructura orgánica covalente

(Noticias de Nanowerk) Las tecnologías de separación basadas en la adsorción (por ejemplo, moléculas de gas o líquido) han demostrado ventajas económicas y medioambientales únicas en aplicaciones específicas. En aplicaciones industriales, los adsorbentes ideales de alta eficiencia requieren no solo una alta capacidad/selectividad de adsorción, sino también una buena trabajabilidad, estabilidad de ciclo y estabilidad mecánica. Por lo tanto, es necesario ensamblar los adsorbentes en monolitos altamente estables (por ejemplo, esferas, membranas, aerogeles, etc.).

Los procesos de polimerización en estado fundido se usan comúnmente. Recientemente, como una clase emergente de adsorbentes avanzados, los COF han mostrado muchos logros alentadores en numerosas áreas de separación. Sin embargo, la mayoría de los adsorbentes de COF de última generación todavía sufren problemas como la mala procesabilidad (principalmente presentes como polvos microcristalinos), falta de estabilidad (principalmente construidos por enlaces reversibles) y dificultades en la síntesis escalable.

Los procesos de polimerización en estado fundido se usan comúnmente. Por lo tanto, es de gran importancia desarrollar nuevas estrategias para fabricar monolitos COF altamente robustos (por ejemplo, espumas porosas) para aplicaciones prácticas. Construya separadores de espuma a partir de estructuras orgánicas covalentes mediante polimerización por fusión. (© Prensa científica de China)

Los procesos de polimerización en estado fundido se utilizan a menudo para producir polímeros lineales. Debido a que tanto los monómeros como los polímeros se encuentran en estado fundido, es fácil de procesar y moldear directamente. Inspirándose en esto, el grupo de Zhang de la Universidad de Nankai introdujo por primera vez la estrategia de «polimerización en estado fundido» para la síntesis de COF (Ciencia China Química«Síntesis de polimerización por fusión de una clase de espumas COF unidas a olefinas autoformadas robustas como separadores altamente eficientes»).

Los procesos de polimerización en estado fundido se usan comúnmente. Al agregar anhídrido benzoico como fundente, se desarrolló un proceso de «termoformado de un solo paso» para producir una gama de espumas COF unidas por olefinas. Esto se debe a que el fundente animó a los monómeros a formar un eutéctico que cristalizó lentamente al calentarse y finalmente se solidificó para formar espumas COF altamente cristalinas (densidades tan bajas como 0,23 g/cm).3). ( ad ) Caracterización de espumas COF por PXRD. (e) Curvas de adsorción de nitrógeno de espumas COF a 77 K. (f) Comparación de áreas de superficie BET para los cuatro COF (columnas grises para COF informados; columnas coloreadas para espumas COF en este estudio). (© Prensa científica de China)

Este método no solo puede mejorar la cristalinidad y la porosidad de los COF informados (Figura 2), sino también generar nuevos COF que no se pueden obtener con los métodos solvotérmicos tradicionales. Por ejemplo, se sintetizó por primera vez con este método un nuevo COF unido a olefina (NKCOF-12) con ultramicroporos (0,58 nm).

Los procesos de polimerización en estado fundido se usan comúnmente. Estas espumas obtenidas muestran una excelente procesabilidad y propiedades mecánicas adecuadas para adsorción y separación (Figura 3). (a) Espumas COF con diferentes formas. ( b ) Esquema del procedimiento sintético de un solo paso para la producción a escala de gramos de NKCOF-12. (c) Izquierda: una fotografía de la espuma NKCOF-12 sobre una hoja. Derecha: Imagen SEM de la espuma NKCOF-12. (d) La imagen de varios moldes procesados ​​a partir de espuma NKCOF-12. (e) Una fotografía de la espuma NKCOF-12 bajo compresión. (© Prensa científica de China)

Los experimentos de adsorción selectiva de agua y aceite demostraron que estas espumas lograron una separación de agua y aceite de alta eficiencia (hasta un 99 % de eficiencia de eliminación) con un reciclaje fácil y una reutilización ultra alta (más de 100 ciclos). Además, NKCOF-12 se construyó con el tamaño de poro más pequeño entre todos los COF 2D de apilamiento eclipsados ​​informados.

Los métodos de polimerización por fusión se utilizan comúnmente.Debido a su canal ultramicroporoso regular (0,58 nm) y sitios de unión enriquecidos, NKCOF-12 posee una excelente C2H2/CO2 Rendimiento de separación a mayor C2H2 Pureza (99,3%) que los materiales de referencia.

Los procesos de polimerización en estado fundido se usan comúnmente. Este trabajo no solo brinda una oportunidad para la construcción de espumas COF por polimerización en estado fundido, sino que también avanza significativamente en el desarrollo de COF para aplicaciones prácticas.