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“能吸水亦能释水”——《德国应化》报道低温可再生“POPs干燥剂”

文章来源：未知更新时间：2018-02-28 10:54:49

保持适当的湿度与人体的健康和环境的舒适度息息相关。日常生活中，干燥剂已被广泛用于需要控制湿度的场合，如产品储存等。而在干燥环境的同时，干燥剂本身却是一种潜在的水捕获剂。因此，既能在宽温度范围内保持高吸水能力，又能在低温下再生的干燥剂可以作为低耗能的水分捕获剂使用。

常见用于除湿的材料中，沸石和氧化铝的再生温度高达250-350℃，耗能大。新型材料金属有机骨架（MOFs），在低湿度下吸水量大，约82wt％，却因水敏感性，不适合长期使用。而杂原子掺杂的碳材料需要数百度的高温才能合成，也不是很好的选择。

近年来，多孔有机聚合物（POPs）因其高稳定性，高表面积和可变功能性，引起了人们的广泛关注。通过调节其功能，POPs已广泛应用于气体吸附和分离，水净化，催化和储能领域。近期，瑞士弗里堡大学化学系的Ali Coskun教授课题组利用Diels-Alder环加成聚合反应，合成了环氧官能化的多孔有机聚合物（ep-POPs）。该类材料在较宽温度范围内表现出了高吸水性和低温回再生性，可节能高效地捕获大气中的水分。

研究者首先采用两种不同的环状呋喃化合物和反式双环氧蒽为起始原料，利用无催化剂参与的一锅聚合法，得到了二维和三维环氧修饰的多孔聚合物（2Dep-POP、3Dep-POP，如图1所示）。接着利用X射线光电子能谱（XPS）、固态13C-NMR表征了该聚合物的结构（图2a，2b）。核磁结果显示2D和3D网络之间化学位移存在明显的差异。2D网络中，苯核的信号出现在129 ppm，而3D网络中，环辛四烯环的信号出现在较高，约115 ppm处。而红外光谱和热重分析的结果进一步证实了该类材料中优异的吸水性（图2c,2d）。红外光谱中，-OH的伸缩振动和弯曲振动均有明显的蓝移和红移，这表明了ep-POPs的醚结构与水分子之间的存在强烈氢键相互作用。TGA的结果则表明2D ep-POP在55℃时水分迅速脱附，3Dep-POP在100℃前完成了水分的完全脱除，均体现了远低于传统干燥剂的再生温度。

之后，研究者还利用了Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面积分析实验了解了该ep-POPs材料的孔隙率和孔径分布，其结果表明ep-POPs是典型的微孔型材料（图3）。最后，298K时ep-POP的体积吸水量等温线、ep-POP的循环周期测试曲线和不同温度范围内其重量水吸附等温线被研究者一一考察，结果如图4所示，表明了该材料对于水分子的高吸附性、宽温度适用性和循环稳定性。

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