含离子液体结构的新型纤维素基气体吸附、分离材料的分子设计、合成与性能

The absorption and separation of acid gases are important to the development of industry and protection of the environment. In this project, taking advantage of merits of both cellulose and ionic liquds (ILs), we introduce ILs into cellulose chains by chemical method. The resultant products will be in a solid state with high absorption and separation abilities for acid gases. Meanwhile, the effect of the chemical and spatial structure on physical properties of the products will be investigated systematically, in order to obtain a series of ILs-modified cellulose-based materials with good gas separation ability and processability. Then, via the micro-nano processing technology and membrane technology, porous materials and membranes of ILs-modified cellulose will be obtained and used as gas absorption and separation materials, respectively. This research will open up a new opportunity to design and synthesize new gas absorption and separation materials.

对酸性气体的吸附、分离具有重要的工业和环境意义。本课题拟利用纤维素材料成型性好、易化学修饰的特性，结合近年来发现的特定结构离子液体对酸性气体的高选择吸附性能，通过化学键合的方式将离子液体引入到纤维素链上，实现离子液体的负载化、高分子材料化和实用化；同时，系统研究离子液体结构、化学键合方式和拓扑结构对材料性能的影响规律，以期得到兼具优异气体吸附分离性能和加工性能的、系列的、含离子液体结构的新型纤维素基气体吸附、分离材料。进而，通过结合微纳结构制备方法，制备具有多孔结构、不同尺度、不同形貌、对酸性气体具有高选择吸附性和高吸附容量的纤维素基气体吸附分离材料。本课题研究有望开辟气体吸附分离材料的新领域，形成全新的纤维素基气体吸附分离材料；同时，基于化学结构和物理形貌对材料性能的研究，将加深对气体吸附分离材料构效关系的认识，为制备高性能材料提供理论指导。

对气体的吸附、分离与识别具有重要的实用价值和环境意义。本课题利用纤维素材料成型性好、易化学修饰的特性，以绿色溶剂离子液体为介质，详细考察了纤维素在离子液体中的均相酯化反应，提出并验证了模块化精准合成纤维素衍生物的均相可控制备方法。通过分子设计和均相衍生化反应，制备了系列功能性的纤维素衍生物材料。利用该方法，引入特定结构的离子液体，构建纤维素基气体分离材料和针对CO2的吸附材料，以及针对胺类气体的纤维素基荧光传感器。发展了新合成方法，实现纤维素直接吸附CO2，同时得到高性能纤维素衍生物材料。