Costruire separatori di schiuma di strutture organiche covalenti mediante polimerizzazione allo stato fuso. Credito:Science China Press
Le tecnologie di separazione basate sull'adsorbimento (ad esempio, gas o molecole liquide) hanno mostrato vantaggi economici e ambientali unici in applicazioni specifiche. Nelle applicazioni industriali, gli adsorbenti ideali ad alta efficienza richiedono non solo un'elevata capacità/selettività di adsorbimento, ma anche una buona lavorabilità, ciclicità e stabilità meccanica. Pertanto, è necessario assemblare gli adsorbenti in monoliti ad alta stabilità (ad esempio sfere, membrane, aerogel, ecc.). Recentemente, i COF, come classe emergente di adsorbenti avanzati, hanno dimostrato molte prestazioni incoraggianti in numerosi campi di separazione. Tuttavia, la maggior parte degli adsorbenti COF all'avanguardia soffre ancora di problemi come bassa processabilità (esistente principalmente come polveri microcristalline), mancanza di stabilità (per lo più costruita dai legami di legame reversibili) e difficoltà per la sintesi scalabile. Pertanto, è di grande importanza creare nuove strategie per produrre monoliti COF altamente robusti (ad esempio schiume porose) per applicazioni pratiche.
I metodi di polimerizzazione per fusione sono spesso usati per preparare polimeri lineari. Poiché sia i monomeri che i polimeri sono allo stato fuso, è facile lavorarli e modellarli direttamente. Ispirato da ciò, il gruppo di Zhang dell'Università di Nankai ha introdotto per la prima volta la strategia della "polimerizzazione a fusione" nella sintesi dei COF. Aggiungendo anidride benzoica come flusso, è stato sviluppato un metodo di "termoformatura in un passaggio" per preparare una serie di schiume COF legate a olefine. Questo perché il flusso ha promosso i monomeri a formare un eutettico, che ha cristallizzato lentamente al riscaldamento e infine solidificato per formare schiume COF altamente cristalline (densità fino a 0,23 g/cm 3 ).
Questo metodo non solo può aumentare la cristallinità e la porosità dei COF riportati, ma può anche produrre nuovi COF che non possono essere ottenuti con i metodi solvotermici tradizionali. Ad esempio, un nuovo COF legato all'olefina (NKCOF-12) con ultra-micropori (0,58 nm) è stato sintetizzato per la prima volta con questo metodo. Queste schiume ottenute dimostrano ottima lavorabilità e proprietà meccaniche idonee all'adsorbimento e alla separazione.
(a-d) Caratterizzazione delle schiume COF mediante PXRD. (e) Curve di adsorbimento dell'azoto delle schiume COF a 77 K. (f) Confronto delle superfici BET per i quattro COF (colonne grigie per COF segnalate; colonne colorate per schiume COF in questo studio). Credito:Science China Press
Gli esperimenti di adsorbimento selettivo olio-acqua hanno dimostrato che queste schiume hanno raggiunto una separazione olio-acqua altamente efficiente (fino al 99% di efficienza di rimozione) con un facile riciclaggio e un'altissima riutilizzabilità (più di 100 cicli). Inoltre, è stato costruito NKCOF-12 con la dimensione dei pori più piccola tra tutti i COF 2-D impilati eclissati riportati. Attribuito al suo canale ultramicroporoso regolare (0,58 nm) e ai siti di legame arricchiti, NKCOF-12 possiede un eccellente C2 H2 /CO2 prestazioni di separazione con C2 più elevato H2 purezza (99,3%) rispetto ai materiali di riferimento. Questo lavoro non solo fornisce un'opportunità per la costruzione di schiume COF tramite polimerizzazione fusa, ma fa anche avanzare significativamente lo sviluppo di COF per applicazioni pratiche. I risultati sono pubblicati su Science China Chemistry .
(a) Schiume COF con forme diverse. (b) Schema della procedura sintetica in una fase per la preparazione su scala grammo di NKCOF-12. (c) A sinistra:una fotografia di schiuma NKCOF-12 in piedi su una foglia. A destra:immagine SEM della schiuma NKCOF-12. (d) L'immagine di forme diverse elaborata dalla schiuma NKCOF-12. (e) Una fotografia della schiuma NKCOF-12 sotto compressione. Credito:Science China Press
